必看的文章工程师离不开的电路设计工具

必看的文章工程师离不开的电路设计工具

电子电路设计基本流程

1、先分析所要实现的功能，并对其功能进行归类整合，明确输入变量、输出变量和中间变量。

2、提出电路的功能要求，明确各功能块的功能及其相互间的连接关系，并作框图设计。

3、确定或者设计各单元电路，确定其中的主要器件，给出单元电路图。

4、整合各单元电路，规范设计统一的供电电路即电源电路，并做好级联的设计。

5、设计详尽电路全图，确定全部元器件并给出需用元器件清单。

6、根据元器件和电路设计印制电路板图，并给出相应的元器件分布图、接线图等。如果是整机的，一般还要提供整机结构图。

7、实现工艺比较复杂以及有特殊工艺要求的，需要给出工艺要求说明，或者给出工艺设计报告。

8、进行业余设计或者属于单体实验开发类的电路设计时，还要经过调试与测试。并给出实验与测试的结果。

9、写出设计说明书或者设计报告。

下面我们来看看，工程师离不开的那些电路设计工具。

（一）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。按主要功能或主要应用场合，可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。

（二）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：由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，现在用得较多的是PSPICE6.2，在同类产品中是功能最为强大的模拟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软件：20世纪90年代初推出的电路仿真软件。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。

（三）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。其中Protel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。

（四）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。

（1）设计输入工具   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   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。

（五）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。

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。

（六）PLD生产及开发工具

（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，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。

（七）其它EDA软件

（1）VHDL语言超高速集成电路硬件描述语言（VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt，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。

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