常用EDA设计与仿真软件介绍

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。

　　EDA常用软件

　　EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、ViewLogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时以可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件，进行简单介绍。

　　1、电子电路设计与仿真工具

　　电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE;EWB;Matlab;SystemView;MMICAD等。下面简单介绍前三个软件。

　　(1)SPICE(Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis)

　　是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal—SPICE)。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。

　　(2)EWB(Electronic Workbench)软件

　　是InterActive ImageTechnologies Ltd 在20世纪90年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA软件，它是较小巧的软件(只有16M)。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观，易学易用。它的很多功能模仿了SPICE的设计，但分析功能比PSPICE稍少一些。

　　(3)文字MATLAB产品族

　　它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析;数值和符号计算;工程与科学绘图;控制系统设计;数字图像信号处理;财务工程;建模、仿真、原型开发;应用开发;图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛地应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。

　　2、PCB设计软件

　　PCB(Printed—Circuit Board)设计软件种类很多，如Protel; OrCAD;Viewlogic; PowerPCB; Cadence PSD;MentorGraphices的Expedition PCB;Zuken CadStart; Winboard/Windraft/Ivex-SPICE;PCB Studio; TANGO等等。目前在我国用得最多应属Protel，下面仅对此软件作一介绍。

　　Protel是PROTEL公司在20世纪80年代末推出的CAD工具，是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率最高，有些高校的电路专业还专门开设Protel课程，几乎所在的电路公司都要用到它。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，现在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包含印刷电路板自动布局布线)，可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客户/服务器体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100%布通率。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。

3、IC设计软件

　　IC设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。中国华大公司也提供ASIC设计软件(熊猫2000);另外近来出名的Avanti公司，是原来在Cadence的几个华人工程师创立的，他们的设计工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常适用于深亚微米的IC设计。下出按用途对IC设计软件作一些介绍。

　　(1)设计输入工具

　　这是任何一种EDA软件必须具备的基本功能。像Cadence的Composer,Viewlogic的Viewdraw,硬件描述语言VHDL、Verilog HDL是主要设计语言，许多设计输 入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的设计输入方法，包括原理和状态机输入方法，设计FPGA/CPLD的工具大都可作为IC设计的输入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具，Modelsim FPGA等。

　　(2)设计仿真工作

　　我们使用EDA工具的一个最大好处是可以验证设计是否正确，几乎每个公司的EDA 产品都有仿真工具。Verilog—XL、NC—Verilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，Analog Artist用于模拟电路仿真。Viewlogic的仿真器有：Viewsim门级电路仿真器，SpeedwaveVHDL仿真器，VCS—Verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech 出品的VHDL和Verilog双仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS(VHDL仿真器)。现在的趋势是各大EDA公司都逐渐用HDL仿真器作为电路验证的工具。

　　(3)综合工具

　　综合工具可以把HDL变成门级网表。这方面Synopsys工具占有较大的优势，它的Design Compile是作综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以提供更高级的综合。另外最近美国又出了一家软件叫Ambit，说是比Synopsys的软件更有效，可以综合50万门的电路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收购，为此Cadence放弃了它原来的综合软件Synergy。随着FPGA设计的规模越来越大，各EDA公司又开发了用于FPGA设计的综合软件，比较有名的有：Synopsys的FPGA Express,Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大部分。

　　(4)布局和布线

　　在IC设计的布局布线工具中，Cadence软件是比较强的，它有很多产品，用于标准单元、门阵列已可实现交互布线。最有名的是Cadence Spectra，它原来是用于PCB布线的，后来Cadence把它用来作IC的布线。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—标准单元布线器;Gate Ensemble—门阵列布线器;Design Planner—布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自的布局布线工具。

　　(5)物理验证工具

　　物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等等。这方面Cadence也是很强的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

　　(6)模拟电路仿真器

　　前面讲的仿真器主要是针对数字电路的，对于模拟电路的仿真工具，普遍使用SPICE，这是唯一的选择。只不过是选择不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti公司收购了。在众多的SPICE中，最好最准的当数HSPICE，作为IC设计，它的模型最多，仿真的精度也最高。

　　4、PLD设计工具

　　PLD(Programmable Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的基本设计方法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD厂家为ALTERA、Xilinx和Lattice 公司。

　　PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供，但随着器件规模的不断增加，软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家合作，推出功能强大的设计软件。

　　下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。

　　(1)ALTERA 20世纪90年代以后发展很快。主要产品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具—MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台，最新又推出了Quartus II开发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL综合工具，如：综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件ModelSim。

　　(2)ILINX FPGA的发明者。产品种类较全，主要有;XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex—II Pro器件已达到800万门。开发软件为Foundation和ISE。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在***和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。

　　(3)Lattice—Vantis Lattice是ISP(In—System Programmability)技术的发明者，ISP技术极大地促进了PLD产品的发展，与ALTERA和XILINX相比，其开发工具比Altera和Xilinx略逊一筹。中小规模PLD比较有特色，大规模PLD的竞争力还不够强(Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA)，1999年推出可编程模拟器件，1999年收购Vantis(原AMD子公司)，成为第三大可编程逻辑器件供应商。2001年12月收购Agere公司(原Lucent微电子部)的FPGA部门。主要产品有IspLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

　　(4)ACTEL 反熔丝(一次性烧写)PLD的领导得，由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快，所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。

　　(5)Quicklogic专业PLD/FPGA公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。

　　(6)Lucent 主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务，在中国地区使用的人很少。

　　(7)ATMEL 中小规模PLD做得不错。ATMEL也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些差距，在高可*性产品中使用较少，多用在低端产品上。

　　(8)Clear Logic 生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程，批量生产时的成本较低。

　　(9)WSI 生产PSD(单片机可编程外围芯片)产品。这是一种特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP(在线编程)，集成度高，主要用于配合单片机工作。

　　PLD(可编程逻辑器件)是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路 ，只要有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件，使工程师可以在几天，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的复杂设计集成在一颗 芯片内。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。

　　5、其它EDA软件

　　(1)VHDL语言 超高速集成电路硬件描述语言(VHSIC Hardware Deseription Languagt，简称VHDL)，是IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路(Very High Speed Integrated Circuit，简称VHSIC)计划，是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具。

　　(2)Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述语言，在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。

　　(3)其它EDA软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB制作和工艺流程控制等领域的工具，在此就不作介绍了。