主流EDA厂商及其工具

2万 · 2016-5-17 22:29

EDA技术在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面几乎所有理工类高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具如EWB、PSPICE和PLD开发工具如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统为今后工作打下基础。科研方面主要利用电路仿真工具EWB或PSPICE进行电路设计与仿真利用虚拟仪器进行产品测试将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面包括前期的计算机仿真产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC 的流片过程等。从应用领域来看EDA技术已经渗透到各行各业包括在机械、电子、通信、航空航天、生物、医学、军事等各个领域都有EDA有应用。美商Cadence、 Mentor Graphics、Synopsys主宰着EDA行业是公认的行业三巨头。Cadence独领芯片设计市场风骚Synopsys在逻辑综合上技压群雄Zuken在PCB/MCM整机系统级设计领域连续多年市场占有率第一。较小的公司通过在利基市场Niche Markets扮演重要角色而获得成功。例如Zuken是日本的一家老牌EDA公司它提供的各种工具帮助印制电路板设计商处理各种机电问题而Cadence和Mentor Graphics才刚刚开始处理这些问题。而澳商Altium公司在美国市场的销售方面领先亚洲不包括日本的各家公司它还支持PCB设计商并把它的工程和销售工作集中在提供各种产品这些产品帮助工程师设计中低复杂度的产品。Altium是通过收购那些拥有老用户的美国公司如Protel 和PCAD来发展的。Electronics Workbench即EWB是加拿大的一家公司与Altium服务于同一市场… EDA工具种类繁多目前进入国内并具有广泛影响的EDA软件有 EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、ProtelAltium、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。据调研公司Gartner的调查发现通信领域是大陆 EDA的主要应用领域而消费电子应用领域的比例是19。在EDA工具方面大陆设计者最常用的为PCB设计占66的比例然后是逻辑综合和时序分析。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设计软件以及PLD设计工具等进行介绍。 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/PSPICEEWBMATLABSystemViewMMICAD等。下面简单介绍前三个软件。 aSPICE SPICESimulation Program IntegratedCircuit 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年代全球应用最广的电路设计软件并于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 PSPICEPersonal-SPICE。现在用得较多的是PSPICE6.2工作于Windows环境。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。整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成使用时是一个整体但各部分有不同的窗口。PSPICE发展至今已被并入 OrCAD成为OrCAD-PSPICE但PSPICE仍然单独销售和使用新推出的版本为 PSPICE9.1工作于WIN95/98/NT平台上是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真 EDA软件。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、并在同一个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包括IGBT、脉宽调制电路、模/数转换、数/模转换等都可以得到精确的仿真结果。可以自行建立元器件及元器件库。欲详细了解 PSPICE请登陆www.orcad.com网站 bEWB软件 EWB软件是加拿大Interactive Image Technologies公司在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但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大。几乎能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。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路等等。对于器件库中没有的元器件还可以由外部模块导入在众多的电路仿真软件中EWB是最容易上手的。它的工作界面非常直观原理图和各种工具都在同一个窗口内未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件对于电子设计工作者来说它是个极好的EDA工具许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果而且若想更换元器件或改变元器件参数只需点点鼠标即可它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好其文件格式可以导出成能被OrCAD或PROTEL读取的格式。新版本MultiSim7还具有 I-V分析仪相当于真实环境中的晶体管特性图示仪和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。欲详细了解EWB请登陆www.electronicsworkbench.com网站 cMATLAB MATLAB的名称源自Matrix Laboratory是由美国Mathworks公司出品的数学计算、系统仿真和设计工具。它是一种科学计算软件专门以矩阵的形式处理数据。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。其中MATLAB是MATLAB产品家族的基础它提供了基本的数学算法例如矩阵运算、数值分析算法并集成了2D和3D图形功能以完成相应数值可视化的工作并且提供了一种交互式的高级编程语言-M语言以编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法 MATLAB Compiler能够将那些利用M语言编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件COM组件等这样就可以使MATLAB能够同高级编程语言例如C/C语言进行混合应用以提高程序的运行效率与丰富程序开发的手段Simulink是基于MATLAB的框图设计环境可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真它的建模范围广泛可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模例如通讯系统、航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、船舶及汽车等等其中了包括连续、离散条件执行事件驱动单速率、多速率和混杂系统等等。欲详细了解MATLAB系列产品请登陆 www.mathworks.com网站 2、PCB设计软件 PCB设计的工具很多如Protel、OrCAD、 PowerPCB、Cadence PSD、Mentor Graphics的Expedition系列Zuken的CadStartPCB StudioTANGO等等。大陆EDA工具主要用于PCB版图、时序分析和逻辑综合使用最多的是Protel比台湾市场的领导者OrCAD还多。就连三大PCB工具供应商Mentor、 Cadence和Zuken也比Altium市场份额要小。下面对Protel、OrCAD和Expedition做简单介绍。 aProtel 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。它较早在大陆使用普及率最高。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。2002年推出的最新版本Protel DXP提供了集成开发环境支持Top-down设计思想通过设计文件包的方式将原理图、电路仿真、PCB设计等功能有效得结合提供了混合电路的仿真功能、丰富的PCB封装库以及全新的FPGA设计功能。欲详细了解Protel系列产品请登陆www.altium.com网站 bOrCAD OrCAD是由 OrCAD公司于八十年代末推出的EDA软件它是世界上使用最广的EDA软件每天都有上百万的电子工程师在使用它相对于其它EDA软件而言它的功能也是最强大的。它进入国内是在个人电脑开始普及1994年。早在工作于DOS环境的OrCAD4.0它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能而且它的介面友好且直观它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的在世界上它一直是EAD软件中的首选。在2003年与Cadence公司合并后的产品OrCAD世纪集成版工作于WIN95/NT环境下集成了电原理图绘制印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能它的电路仿真的元器件库更达到了8500个收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。最新版本OrCAD 10.5让PCB的设计进入更细节阶段。OrCAD 10.5 包括供设计输入的Orcad CaptureR、供模拟与混合信号仿真用的PSpiceR Basics供电路板设计的Orcad LayoutR以及供高密度电路板自动绕线的SPECCTRAR 4U。 OrCAD PCB Editor是OrCAD PCB Designer最主要和最强大的核心工具也是由世界先进的Allegro电路板设计系统所研发。OrCAD PCB Editor是一个用来建立及绘制复杂多层的电路板设计平台。而可扩展的功能选项使它对现今市面上的设计及生产需求都能够和完全符合。欲详细了解OrCAD产品的读者可登陆www.orcad.com网站 cExpedition Metor Graphics公司的Expedition系列工具是复杂PCB设计解决方案适合于个人独立设计和小型团队设计。从系统的设计、验证到PCB的布局布图、生产数据的输出Expedition系列工具高度集成化降低了用户的工作量加速了设计流程缩短了产品的开发周期。按照主要功能或应用场合Expedition系列分为系统设计工具、系统验证工具、布局布线工具以及生产数据管理工具。Expedition PCB是Expedition系列中优秀的布局布线工具。它将交互设计和自动布线有机地整合起来。设计师可定义所有设计规则包括高速布线约束创建板型布局交互布线和自动布线直到加工文件生成。Expedition PCB没有任何设计规模的限制没有层的限制、器件数量、网线数量和引脚数的限制从而给设计师最大的设计空间。Expedition PCB的核心Auto Active 自动布线器是基于形状的无网格布线器布线速度极快布线的可加工性首屈一指。它实现真正的45度自动布线并完全支持当今各种复杂封装如BGA、CSP、COB和微过孔、埋孔、盲孔等加工工艺。欲了解Metor公司其他产品请登陆www.altium.com网站 3、IC设计软件 EDA主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等企业所垄断。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。在IC设计工具方面按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和 Synopsys。以下按用途对IC设计软件作一些介绍。 a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和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State machine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以及Modelsim FPGA等。 b设计仿真工具我们使用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。Metor子公司Model Tech出品的VHDL/Verilog双仿真器ModelSim。Cadence、 Synopsys用的是VSSVHDL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。 c综合工具综合工具可以把HDL变成门级网表。逻辑综合市场由Synopsys支配该公司在时序分析领域的EDA市场也占一定份额。Synopsys的 Design Compiler是逻辑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。另外美国的另一家软件Ambit也不错速度更快。Ambit后来被 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 ExpressCadence的SynplityMentor Graphics的Leonardo这三家的 FPGA综合软件占了市场的绝大部分。 d布局和布线工具在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Cadence spectra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Cell3Silicon 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。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、Virtuoso、Vampire等物理工具有很多的使用 f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。 ASIC设计中验证工作占用了相当多的时间特别是进入深亚微米领域几乎80的时间花费在验证上面平均验证成本已经达到一个项目总费用的70。针对EDA流程中的这一重要环节一些有实力的EDA厂商都十分关注对验证工具尤其是开放式统一验证平台的开发。毫无疑问开发先进验证技术及工具已经成了EDA领域的一个热点。 PLD设计工具PLDProgrammable 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CPLDComplex PLD和FPGAField 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State Machine、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。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。传统的编程技术是将PLD器件插在编程器上进行编程而quot在系统可编程 ISPIn-System Programmablequot逻辑器件的问世将可编程器件的优越性发挥到了极致。ISP技术直接在用户设计目标系统中或线路板上对PLD器件进行编程的技术。允许用户在系统内编程和修改逻辑给使用者提供了在不修改系统硬件设计的条件下重构系统的能力和硬件升级能力使硬件修改变得像软件修改一样方便。目前PLD已成为现代数字系统设计的主要手段是发达国家电子工程师必备的技术。现在FPGA厂商们正在以130nm和90nm以及1/2间距尺寸来制造器件。这些器件不仅使设计师能实现需要100万逻辑门以上的电路而且还能提供丰富的IP芯核库可用以缩短开发时间降低成本。而与此同时利用同样的130nm和90nm技术制造的ASIC器件其NRE一次性工程成本却急剧上升。FPGA结构中没有标准的微处理器芯核这曾经严重妨碍工程师把这些器件用于嵌入式软件系统中。但是从130nm工艺节点开始Altera公司和 Xilinx公司都提供了微处理器核ARM公司也有专为FPGA定制的标准微处理器核可供利用。三种受欢迎的微处理器核即Altera公司的Nios和ARM922T、Xilinx公司的 PowerPC都使用标准的总线。FPGA厂商目前提供的产品的密度和速度令人信服地使 IP厂商把他们的产品移植到FPGA上。当加工尺寸小于90nm时FPGA和结构化ASIC 市场将会增长而传统的ASIC市场将会下降。而FPGA要在系统设计中广泛运用最大障碍还是它们的单位成本。即使大批量生产一个FPGA器件的成本也高于用ASIC或结构化ASIC工艺实现的相同设计。但是伴随每一种工艺技术的使用开发成本以及与失去市场机会有关的代价正在上升至少一个数量级。同时ASIC和FPGA之间在器件单位成本方面的差别正在缩小。生产PLD的器件厂家很多最有代表性的厂家为 Altera、Xilinx、Actel和Lattice公司。自2004年6月份以来Actel、Altera、Lattice和Xilinx 都推出了各自软件的新版本。PLD/FPGA的开发工具一般由这些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。下面介绍这些主要器件生产厂家及其开发工具。 aAltera Altera创立于1983年于上世纪90年代发展很快。它在企业内部开发 FPGA开发流程中的几乎所有工具其中包括逻辑综合工具和物理综合工具。逻辑仿真是Altera唯一使用第三方产品的领域。其第一款商业化PLD-Classic器件直到今天还在市场上销售并分别于1988年和1992年推出了基于乘积项的MAX构架和基于查找表的LUT的FLEX构架进一步拓展了它在行业中的技术领先地位。Altera通过第一代Cyclone系列FPGA建立起来业界最低成本FPGA的地位2004年6月推出的Cyclone II FPGA继承了这一领先优势使之成为中低密度ASIC最吸引人的替代产品。在高密度通用应用上Stratix II FPGA提供了高效的性能。其MAX II CPLD创建了新的CPLD 标准扩展了Altera 15年的市场领先地位。