基于EDA技术如何实现模拟应用电路的应用？

EDA软件作为集成电路领域的基础工具，全面贯穿集成电路设计、制造、封测等环节。芯片作为集成电路的载体，其设计与制造是细微而宏大的工程。对于芯片的设计与制造，EDA软件可谓举足轻重。

EDA技术简述

EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)是指用于辅助完成大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、制造、封装、测试整个流程的计算机软件工具集群。 EDA是工业软件行业中的一个细分行业。近期e-works隆重发布的《工业软件与服务选型指南(第二版)》中提到，工业软件是用于支撑工业企业产品研发、工艺规划、制造、营销、采购、运营和服务等核心业务的一系列工具类和管理类软件的统称，可分为研发数字化软件、管理数字化软件、工控软件和工业基础软件四大类。其中EDA与CAD、CAE、CAM、PLM等软件都归属于工业软件的研发数字化软件类别。

狭义的EDA一般指芯片设计环节所需的软件工具;广义的EDA则包括从芯片设计、制造到封装测试各环节所需的软件工具。其涵盖了电子设计、仿真、验证、制造全过程的所有技术，例如：系统设计与仿真，电路设计与仿真，PCB(印制电路板)设计与校验，IC版图设计、验证和测试，数字逻辑电路设计，模拟电路设计，数模混合设计，SoC(芯片上系统)设计，PLD(可编程逻辑器件)设计，ASIC(专用集成电路)设计技术等。 一般意义上来说，从纳米级的器件晶体管，到集成电路、显卡、收音机、家用电器、手机电脑、车载电子系统，与电子设备和装备相关的设计、仿真、验证等步骤，都和EDA息息相关。

综上，本文将电路设计与仿真软件、芯片设计与制造软件、PCB设计软件都归为EDA软件的范畴。 随着大规模集成电路技术、计算机技术和电子系统设计技术的不断进步，EDA技术也获得了飞速发展，应用领域也变得越来越广泛。其发展过程是现代电子设计技术的重要历史进程，主要包括以下几个阶段：

主流EDA厂商巡礼

EDA软件行业流传着这么一句话：“谁掌握了EDA的话语权，谁就掌握了集成电路的命门，就可以对芯片行业的后来者降维打击。”

(一)国际主流EDA厂商

众所周知，全球EDA市场寡头垄断，集中度较高。新思科技Synopsys、楷登电子Cadence、西门子EDA和ANSYS被称为EDA软件的“四大金刚”。公开资料显示，其在全球EDA市场的占比接近80%。“四大金刚”的垄断之势，或是源于其能提供完整的EDA工具，覆盖从前端设计、后端设计、仿真/验证直到流片的整套产品，形成设计的闭环;或是在擅长的领域苦心经营，在芯片设计与制造流程的不同环节形成独特优势，发挥着关键作用。此外，国际上还有Silvaco、Keysight、Altium、Zuken等EDA厂商，在各自擅长的领域不断深耕。

Synopsys：拥有最全面的产品线，为全球电子市场提供技术先进的芯片设计与验证平台。其优势产品在于数字芯片设计、逻辑、综合等相关工具，如公司的逻辑综合工具Design Compiler、静态时序分析工具Prime Time、物理验证工具IC Validator等。

Cadence：由SDA Systems和ECAD两家公司合并而来，产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及布局布线、物理验证、模拟混合信号及射频集成电路设计、全定制集成电路设计、硬件仿真建模等。其优势产品在于模拟芯片设计相关工具。

西门子EDA：前身为Mentor Graphics，2016年被西门子收购后，2021年正式更名为西门子EDA。其能提供完整的软件和硬件设计解决方案，在后端布局布线领域较有优势。在PCB设计环节也有优势，如PowerPCB、Expedition PCB等产品在PCB设计领域都占有一席之地。 Ansys：2008年4月，已在机械制造仿真领域确立了王者地位的Ansys，以5.4亿美元的价格，收购了EDA厂商Ansoft(Ansoft在电路板的高频仿真领域，建立了自己独特的优势)。此次收购后，Ansys具备了系统级和封装级的仿真软件，主要专注在芯片的签核和仿真领域。其RedHawk软件在半导体的功耗设计优化及芯片供电领域具有举足轻重的位置。

Silvaco：其产品用于TCAD工艺和器件仿真、Spice参数提取、电路仿真、全定制IC设计/验证等，专注于模拟/混合信号芯片设计领域。Silvaco将最优产品与经验丰富的技术支持和工程服务结合在一起，提供一套完备的模拟半导体工艺、器件和自动化设计方案，用于CMOS、双极、SiGe和复合材料技术等。其研发的器件建模工具Victory TCAD处于业界领导地位。

Keysight：是德科技是全球电子测试测量行业龙头，专注于电子和光信号的测试测量，是通信产品设计领域领先的EDA厂商。其EDA工具套件可与器件建模、电路设计、电磁仿真、版图功能和系统级建模等工具无缝集成。

Altium：致力于开发基于PC的软件，为印刷电路板(PCB)提供辅助设计。公司所推出的第一套DOS版本PCB设计工具被澳大利亚电子行业广泛接受。随着PCB设计包的成功，Altium开始扩大产品范围，所生产的产品包括原理图输入、PCB自动布线以及自动PCB元件布局软件。其电路原理图设计工具Protel是目前EDA行业中操作快捷的辅助工具。

Zuken：是专门从事PCB/MCM/Hybrid和IC封装设计软件开发、销售和提供支持服务的EDA厂商，专注于PCB、线束和芯片封装等领域。

电子电路设计是较为深奥的一门知识，学习电子电路设计相关知识时，需保持一定耐心。对于电子电路设计，小编曾对电子电路设计的原则、方法、步骤做过讲解。本文中，将主要介绍EDA技术在电子电路设计中的应用。如果你对本文即将探讨的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

EDA技术是20世纪90年代初迅速发展起来的一门新技术，代表了当今电子设计的最新发展方向，其是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术等多种技术来实现电子产品的自动化设计。EDA技术也是高度发达的信息化社会发展的必然趋势，其应用也越来越广泛，主要电子产业包括：通信工业、信息产业、半导体工业、电子零组件工业、消费性电子工业、光电及仪表工业等行业，是现代电子设计的核心，在现代电子电路设计中起着非常重要的作用。

1.EDA技术的发展

随着大规模集成电路技术、计算机技术和电子系统设计技术的不断发展，EDA技术的含量正以惊人的速度上升，其产生和发展，使产品的开发周期大大缩短，且性能和价格比得到很大程度的提高。归纳起来其发展主要分为四个阶段：

(1)70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段。人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。

(2)80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。

(3)90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。

(4)现代EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，能自动地完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

2.EDA技术的主要内容

ESDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，其基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，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)实现，然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。

“自顶向下”(Top-Down)的全新设计方法，首先从系统设计人手，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，在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这一方面有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，同时也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。

现代电子产品的复杂度日益加深，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大，功耗大，可靠性差的问题，解决这一问题的有效方法就是采用ASIC(Application Specific Integrated Circuits)芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为：全定制ASIC，半定制ASIC，可编程ASIC(也称为可编程逻辑器件)。

在设计全定制ASIC芯片时，设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则，最后将设计结果交由lC厂家掩膜制造完成。这样做的优点是：芯片可以获得最优的性能，即面积利用率高、速度快、功耗低;缺点是：开发周期长，费用高，只适合大批量产品开发。

电子设计自动化(EDA)技术在现代电子领域起着至关重要的作用。仿真工具是EDA技术中的关键组成部分，用于验证电路设计的性能和功能。本文将介绍常见的EDA仿真工具，包括电路仿真、时序仿真和射频仿真工具，并讨论如何使用这些工具进行电路仿真和验证。

一、电路仿真工具

电路仿真是EDA技术中最基本和常用的仿真类型之一，用于评估和验证电路在各种条件下的行为和性能。以下是几个常见的电路仿真工具：

1.SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)：

SPICE是最早的模拟电路仿真工具之一，广泛应用于集成电路设计和分析。它通过数学模型和方程组求解来模拟电路的行为，并提供了准确的电路分析结果。

2.LTspice：

LTspice是一种基于SPICE的免费电路仿真工具，由Linear Technology(现在的ADI)开发和维护。它具有直观的用户界面和强大的仿真引擎，可用于快速建模和仿真电路。

3.Multisim：

Multisim是National Instruments公司开发的一款集成电路设计与仿真软件。它提供了可视化的电路设计和仿真环境，支持多种模型和分析功能，适用于教学和工程实践。

二、时序仿真工具

时序仿真是用于验证数字电路时序性能和时序逻辑的仿真类型。以下是几个常用的时序仿真工具：

4.ModelSim：

ModelSim是一种强大的硬件描述语言(HDL)仿真和调试工具，支持常见的HDL语言，如VHDL和Verilog。它提供了丰富的调试功能，包括波形查看、信号追踪和时序分析。

5.VCS(Verilog Compiler Simulator)：

VCS是Cadence公司开发的一款高性能Verilog仿真工具，主要用于验证和调试复杂的数字电路设计。它具有快速的仿真速度和行为准确性，广泛应用于芯片设计和验证。

6.QuestaSim：

QuestaSim是一种基于ModelSim的高级Verilog和VHDL仿真工具，由Mentor Graphics(现为Siemens公司)开发。它提供了全面的仿真功能和先进的调试工具，适用于复杂的数字系统设计和验证。

三、射频仿真工具

射频仿真用于分析和验证射频电路和系统，如无线通信、雷达和卫星通信等。以下是几个常见的射频仿真工具：

7.ADS(Advanced Design System)：

ADS是Keysight Technologies(前Agilent Technologies)开发的一款射频和微波电路设计和仿真工具。它提供了完整的射频电路设计流程，包括建模、仿真、优化和布局。

8.CST Studio Suite：

CST Studio Suite是一种全面的电磁仿真软件，适用于射频和微波领域。它能够高度精确地模拟电磁场分布和射频特性，用于设计和分析天线、射频模块和宽带通信系统。

9.HFSS(High Frequency Structure Simulator)：

HFSS是ANSYS公司开发的一款高频电磁仿真软件，广泛用于射频和微波电路设计。它采用有限元分析方法，具有准确的求解算法和强大的建模能力。

四、仿真工具的使用方法和应用

使用EDA仿真工具需要一定的电路设计和仿真知识。以下是一般的使用方法：

10.确定仿真目标和电路原理图：

首先，明确仿真目标，确定需要验证的电路行为和性能。然后，使用电路设计工具创建电路原理图，包括元件和连接。