第1章 EDA技巧概述.ppt

第1章EDA技术概述1.1现代电子系统的设计方法传统的数字系统设计只能对电路板进行设计，把所需的具有固定功能的标准集成电路像积木块一样堆积于电路板上，通过设计电路板来实现系统功能。利用EDA工具，采用可编程器件，通过设计芯片来实现系统功能，这样不仅可以通过芯片设计实现多种数字逻辑系统功能，而且由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度，从而有效地增强了设计的灵活性，提高了工作效率；同时基于芯片的设计可以减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高系统的性能和可靠性。6264地址范围：6000H~7HCPLD这种基于芯片的设计方法正在成为现代电子系统设计的主流。现在，只要拥有一台计算机、一套相应的EDA软件和空白的可编程逻辑器件芯片，在实验室里就可以完成数字系统的设计和生产。当今的数字系统设计已经离不开可编程逻辑器件和EDA设计工具。
现在人们可以把数以亿计的晶体管、几百万门的电路集成在一个芯片上。半导体集成电路也由早期的单元集成、部件电路集成发展到整机电路集成和系统电路集成。电子系统的设计方法也由过去的那种集成电路厂家提供通用芯片，整机系统用户采用这些芯片组成电子系统的“Bottom-up”(自底向上)设计方法改变为一种新的“Top-down”(自顶向下)设计方法。在这种新的设计方法中，由整机系统用户对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路ASIC来实现，且这些专用集成电路是由系统和电路设计师亲自参与设计的，直至完成电路到芯片版图的设计，再交由IC工厂投片加工，或者用可编程ASIC(例如CPLD和FPGA)现场编程实现。图1-1所示为电子系统的两种不同的设计步骤。
图1-1“自顶向下”(左图)与“自底向上”(右图)的设计1.1.2ASIC技术
ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits)直译为“专用集成电路”，与通用集成电路相比，它是面向专门用途的电路，以此区别于标准逻辑(StandardLogic)、通用存储器、通用微处理器等电路。ASIC是相对于通用集成电路而言的，两者并无明显界限。
ASIC的提出和发展说明集成电路进入了一个新阶段。通用的、标准的集成电路已不能完全适应电子系统的急剧变化和更新换代。目前ASIC在总的IC市场中的占有率已发展到近1/3，在整个逻辑电路市场中的占有率已超过一半。与通用集成电路相比，ASIC在构成电子系统时具有以下几个方面的优越性：
(1)提高了产品的可靠性。用ASIC芯片进行系统集成后，外部连线减少，为调试和维修带来极大的方便，系统可靠性明显提高。
(2)易于获得高性能。ASIC针对专门的用途而特别设计，它是系统设计、电路设计和工艺设计的紧密结合，这种一体化的设计有利于得到前所未有的高性能系统。
(3)可增强产品的保密性和竞争力。电子产品中的ASIC芯片对用户来说相当于一个“黑盒子”。
(4)在大批量应用时，可显著降低产品的综合成本。用ASIC来设计和生产产品大幅度减少了印刷电路板面积及其他元器件数量，降低了装配调试费用。
(5)提高了产品的工作速度。
(6)缩小了体积，减轻了重量，降低了功耗。
ASIC按功能的不同可分为数字ASIC、模拟ASIC和微波ASIC；按使用材料的不同可分为硅ASIC和砷化镓ASIC。一般来说，数字、模拟ASIC主要采用硅材料，微波ASIC主要采用砷化镓材料。砷化镓具有高速、抗辐射能力强、寄生电容小和工作温度范围宽等优点，目前已在移动通信、卫星通信等方面得到广泛应用。对硅材料ASIC，按制造工艺的不同还可进一步将其分为MOS型、双极型和BiCMOS型。
20世纪80年代中期出现了复杂可编程逻辑器件。复杂可编程逻辑器件是ASIC(专用集成电路)的一个重要分支，它是一种已完成了全部工艺制造，可直接从市场上购得的产品，用户只要对它编程就可实现所需要的电路功能，所以称它为可编程ASIC。以上介绍的两类ASIC芯片都必须到IC厂家去加工制造才能完成，而采用可编程逻辑器件，设计人员在实验室即可设计和制造出芯片，而且可反复编程，修改错误，这就大大地方便了设计者。
可编程逻辑器件发展到今天，其规模越来越大，功能越来越强，价格越来越便宜，相配套的EDA软件越来越完善，因而深受设计人员的喜爱。目前，在电子系统的开发阶段的硬件验证过程中，一般都采用可编程逻辑器件，以期尽快开发产品，迅速占领市场。等大批量生产时，再根据实际情况转换成前面三种方法中的一种进行“再设计”。
1.2EDA技术与早期的电子CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高，功能更完善，运行速度更快，而且操作界面友好，有良好的数据开放性和互换性，即不同厂商的EDA软件可相互兼容。因此，EDA技术很快在世界各大公司、企业和科