【EDA技术在电子线路设计中的应用】电子线路设计与应用答案

　　 摘 要：文章首先论述了EDA技术的3个发展阶段及其基本特征，进而论述了EDA技术在电子线路设计中的设计步骤，最后以PSPICE仿真软件为例，分析EDA技术在电子线路设计中的应用，以供同仁参考。
　　关键词：EDA技术；电子线路设计；应用
　　中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0006－02
　　
　　1 前言
　　 EDA技术是电子设计自动化（Elechonice Des5p AM・toM60n）的缩写，其是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，是帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。它是以计算机为平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制的电子CAD通用软件包，主要辅助进行3方面的工作：IC设计、电子线路设计以及PCB设计。目前，常用的EDA技术软件有Spice/Pspice、Multisim、protel、Oread、Matlab；SystemView；Mmicad等。当前，随着电子技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，EDA技术的含量正以惊人的速度上升，逐渐成为当今电子技术发展的前沿之一。
　　2 EDA技术的相关概述
　　2.1 EDA技术的3个发展阶段
　　 （1）20世纪70年代的CAD（计算机辅助设计）阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作，把设计师从繁重的绘图劳动中解放出来，产生计算机辅助设计的概念。
　　
　　 （2）20世纪80年代的QtE（计算机辅助工程设计）阶段：这一阶段的主要特征是除了纯粹的图形设计功能之外，又增加了电路功能设计和结构设计，主要以原理图输入、逻辑图仿真、电路分析、故障仿真、自动布局布线和PCB分析为核心，重点解决电路设计的功能检测问题。
　　 （3）20世纪90年代的EDA（电子设计自动化）阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言、系统级仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计用EDA工具完成。
　　2.2 EDA技术的基本特征
　　 应用EDA技术进行设计，设计者可从概念、算法、协议等开始设计电子系统，并可将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
　　 在设计时，设计师采用的是“自顶向下”的设计方法，其首先是从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行实证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路（ASIC）。
　　 3 EDA 技术在电子线路设计中的设计步骤
　　 （1）按照“自顶而下”的设计方法进行系统划分。
　　 （2）输入VHDL代码，这是高层次设计中最为普遍的输入方式。
　　 （3）将以上设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型的设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性，以减少设计重复的次数和时间。
　　 （4）利用仿真器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件，这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合后，可利用生产的网表文件进行适配前的时序仿真。
　　 （5）利用适配器件将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。适配完成后，产生多项设计结果：适配报告（包括芯片内部资源利用情况、设计的布尔方程描述情况等）、适配后的仿真模型、器件编程文件。根据适配后的仿真模型，可以进行适配后的时序仿真，以精确地预期未来芯片的实际性能。
　　 （6）将适配器件生产的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片CPLD/FPGA中。如果是大批量产品开发，通过更换相应的厂家综合库，可以很容易转由ASIC形式实现。
　　4 EDA技术的应用实例
　　 由于常用的EDA技术软件有Spice/Pspice、Multisim、protel、Oread、Matlab；SystemView；Mmicad等，本文以PSPICE仿真软件为例分析EDA技术在电子线路设计中的应用。
　　4.1 PSPICE软件的特点
　　 PSPICE软件是在SPICE基础上的一种电路仿真工具软件，它不仅支持文本输入，还支持图形输入，拥有庞大的元器件库、参数模型库以及种类齐全的测试仪器仪表等。
　　 一般，PSPICE软件的主要分析功能有：①直流工作点的分析；②瞬态分析，即观察所选定的节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形；③傅里叶分析，用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量；④交流小信号分析，包括频域分析、电路噪声分析和失真分析；⑤参数扫描、零极点、 传递函数、直流灵感度、交流灵感度、蒙特卡洛法等。
　　4.2 用PSPICE仿真技术模拟电子线路实例
　　 以BJT互阻放大电路见图1所示为例。BJT的型号为NPN 型硅管2N3904，β＝160。电路参数为Rf＝10 k，Rc＝500 Ω，RL＝100 Ω，Vcc＝12 V。首先分析电路静态工作点Q的基本情况；然后分析当电路中反馈电阻Rf的值从5 kΩ到50 kΩ之间发生变化，电路工作环境温度从－30 ～50 ℃之间发生变化时，集电极电流Ic值的变化情况。
　　 在PSPICE中进入［Schematics］主窗口，绘出图1所示电路原理图。选择Analysis \ Setup中的Bias Point Detail进行分析，在输出文件中，可以观察到见表1的结果，从中了解静态工作点Q的基本情况。
　　 在Analysis \ Setup中设置DC Sweep（直流分析），选择Temperature作为扫描变量，并设置起始温度为－30 ℃、终止温度为50 ℃、步长为10 ℃。同时再在Analysis \ Setup中设置Parametric（参数分析），选择Global Parameter选项设置电阻Rf起始值为5 k、终止值为50 k、步长为5 k。启动Analysis \ Simulate命令，进行直流扫描和参数扫描计算分析后进行仿真，形成一个Probe输出的图形画面，选择所要观测的节点，观察其电流电压的波形（见图2）。从图2中可以看出当温度在－30 ～50 ℃的情况下，对于反馈电阻Rf取不同值时，集电极电流Ic的变化情况。Rf越小，说明Ic的变化范围越小，电路稳定Q点的性能越好。设计者可以根据选择Rf的数值来选择Ic的工作电流。
　　 5 结束语
　　 综上所述，本文通过EDA技术在电子线路设计领域的探讨，清楚地认识到，EDA技术凭借其高速、准确的设计能力，可很好地保障高精端电路的性能，在现代电子电路设计上越发重要。相信，随着ADS、HFSS等软件的进一步完善，其在电路设计领域的应用会更加广泛。
　　参考文献：
　　 ［1］马楠，周焱.EDA在射频电子电路设计中的应用［J］.山西电子技术，2005（2）.
　　 ［2］严伟林.EDA仿真在电子技术教学中的应用探析［J］.读写算（教师版）：素质教育论坛，2012（1）.
　　 （编辑：王昕敏）
　　
　　EDA Technology in the Design of Electronic Circuits
　　Lu Zhichun
　　Abstract: This paper first discusses the three stages of development of the EDA technology and its basic characteristics, and then discusses the design steps of the EDA technology in the design of electronic circuits, and finally to the PSPICE simulation software as an example of EDA technology in the design of electronic circuits. reference for colleagues.
　　Key words: EDA; electronic circuit design; application