1、 郑州轻院轻工职业学院 专科毕业设计（论文） 题 目 EDA 技术在电子线路设计中的应用 学生姓名 专业班级 电子工艺与管理 学 号 08111164 系 别 机电工程系 指导教师 (职称 ) （高级讲师） 完成时间 2011 年 03 月 19 日 技术在电子线路设计中的应用 摘 要 电子设计的必由之路是数字化，这已成为共识。 EDA 技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的。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，它已成为当今电子技术发展的前沿之一。 20 世纪 90 年代
2、，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方 面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如 CPLD、 FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系 统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。本文首先阐 EDA 技术的基本概念和发展过程，并通过实例介绍 EDA 技术在电子设计中的应用。 关键词 EDA 技术概述 /电子线路设计 /EDA 技术的发展 The rapid development of the EDA
3、technology ABSTRACT Electronic Design is the comonly way to digital, which has become the consensus. Electronic products are being carried out at an unprecedented rate of innovation, mainly large-scale programmable logic devices in a wide range of applications. Especially in the current semiconducto
4、r technology has reached the level of deep sub-micron chip integration of high-reach stem megabits, the clock frequency to the stem MHz is also more than the development of the median data of several billion times per second, the future integrated circuit technology will be the development trend of
5、system-on-chip SOC. In order to achieve on-chip system-on-chip programmable complex programmable logic device (CPLD) and field programmable gate array (FPGA) will become the future design of electronic systems, a direction of development. Therefore, the development of electronic design technologies
6、to today, will face even greater significance in another breakthrough, FPGA on the basis of a wide range of EDA applications. EDA technology concepts: EDA is the electronic design automation, as it is just a new technology developed, involving a wide range of content-rich, understanding of different
7、, so there is no one precise definiti KEY WORDS EDA technology, Electronic Design, EDA technology concept 前言 在数字化的道路上，电子技术经历了一系列重大的变革。从应用小规模集成电路构成电路系统，到广泛地应用微控制器或单片机 (MCU)，在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。电子产品正在以前所未有的速度进行着革新，主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。特别在当前，半导体工艺水平已经达到深亚微米，芯片的集成高达到干兆位，时钟频率也在向干兆赫兹以上发展，数据传输位数达到每秒几十亿次，
8、未来集成电路技术的发展趋势将是 SOC(System 0h aCh5p)片上系统。从而实现可编程片上系统芯片 CPU(复杂可编程逻辑器件 )和 5PGA(现场可编程门阵列 )必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。所以电子设计技术发展到今天，又将面临另一次更大意义的突破，而 EDA(电子设计自动化 )技术在电子产品设计上的应用地 日渐突出 . 一、 EDA 技术概述 1、 EDA 技术的概念 : EDA 是电子设计自动化 (E1echonics Des5p AM toM60n)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从 EDA 技术
9、的几个主要方面 的内容来看，可以理解为：EDA 技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形 集成电子系统或专用集成芯片。 2、 EDA 技术的发展大致可以分为三个发展阶段。 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电
10、路原理图编辑， PCB布同布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。 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以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计而能在产品制作之前预知产品的功能与性能。 20 世纪 90 年代是 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由 EDA 工 具来完成。 EDA 是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产
11、品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用 EDA 中的仿真工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用 EDA 中的芯片设计工具设计制作芯片的版图：在电路板设计阶段，可以使用 EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的 EDA 工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正 确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制 造。 3、 EDA 技术的基本特征 :EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用 EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机
12、完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法，这种设汁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，在系统一级进行驶证。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)。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和 EDA 软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早
13、期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计 的一次性成功率。 4、 EDA 技术的应用 :电子 EDA 技术发展迅猛，逐渐在教学、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：几乎所有理工科 (特别是电子信息 )类的高校都开设了 EDA 课程。在科研方面：主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品调试；将 O)LI) FPGA 器件的开发应用到仪器设备中。从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等， EDA 技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在 Pcb 印制板的制作、电子设备的
14、研制与生产、电路板的焊接、朋比的制作过程等有重要作用。可以说电子 EDA 术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。 5、 EDA 技术发展趋势 : EDA 技术在进入 21 世纪后，由于更大规模的 FPGA 和凹 m器件的不断推出 ，在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的 EDA 软件不断更新、增加，使电子 EDA 技术得到了更大的发展。电子技术全方位纳入 EDA 领域，EDA 使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现在以下几个方面：使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；基于 EDA 工具的 ASIC 设计标准单元已涵盖大规模电子系统及 I
15、P 核模块；软硬件 IP 核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认； SoC 高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展，电子系统 的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。可以说电子 EDA 技术是电子设计领域的一场革命。传统的“固定功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和攀握这一先进技术是势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是时代发展的需求，只有攀握了 EDA 技术才有能力参与世界电子工业市场的竞争，才能生存与发展。随着科技的进步
16、，电子产品的更新日新月异， EDA 技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核心。所以发展 EDA 技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。特别是 EDA 技术在我国尚未普及，掌握和普及这一全新的技术，将对我国电 子技术的发展具有深远的意义。在现在和未来， EDA 技术主要应用于下面几个方面：1高校电子类专业的实践教学中，如实验教学、课程设计、毕业设计、设计竞赛等均可借助凹 ID 5PGA 器件，既使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性，又经济、快速、容易实现、修改便利，同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和
17、计算机应用能力。 2科研和新产品 开发中， 0)U) 5PGA 可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造， 0)U) 5PGA 的应用可提高传统产品的性能，缩小体积，提高技术含量和产品的附加值。 二、 技术的应用举例 （ TDA1514 功放电路在 中的设计） 、功放芯片简述 1514 是飞利浦公司生产的一款优秀的 HIFI 集成电路。 TDA1514A 的工作电压为9V30V,在电压为 25V、 RL=8 时，输出功率达到 50 W，总谐波失真为 0.08% 。电路有静音保护 ， 过热保护 ， 低 失调电压高波纹抑制 等功能 。 而且热阻极
18、低 ， 高频解析力强 ， 低频有力度 ， 音色通透纯正 ， 低频丰满 ， 高频透亮 。 、电路原理图及各元器件作用 原理图设计是整个 Protel 工程的开始 ,是 PCB 文档设计乃至最后制版的基础。一般设计程序是 :首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小 ,即建立工作平面 ;然后从元器件库中取出所需元件放到工作面上 ,并给它们编号、对其封装进行定义和设定 ;最后利用 Protel DXP 提供的工具指令进行布线 ,将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来 ,对整个电路进行信号完整性分 析 ,确保整个电路无误。 电路各部分功能 1 脚正相输入 用做信号输入 , 9 脚反响输入
19、 用于负反馈 , C01 C03 R01(C02 C04 R02)成滤波电路 ,其中 1U 20K 两个元件把低频截至频率限制到7HZ ,220P 电容可以吸收一部分高频震荡降低烟花率 . R03 R05(R04 R06)两个 电阻 为反馈网络 ， 控制电路放大倍数在 30 左右 3 脚为静音控制 ， C05 R07(C06 R08)决定开机静音时间 。 静音时间与这两个元件大小成正比 。 7 脚为自举 ， 更换自举电容 C09(C10)的种类可以使音色发 生微妙的变化 ， R09 R11(R10 R12)需要用较大功率电阻 。 R13 C07 (R14 C08)为输出茹贝尔网络 ， 电阻应选
20、用大功率电阻 。 C11 C13(C12 C14)是退耦电容 。 C15(C16)也是并联在电源端 ， 吸收线路耦合信号的 。 这个电容用到 10U100U 都可以 需要注意的是这个电容的耐压应该是供电电源电压单边的 2 倍 。 电路设计的最终目的是生产制作电子产品 ,各种电子产品的使用功能与物理结构都是通过印制电路板来实现的。印制电路板 (PCB)是电子设备中的重要部件之一 ,其设计和制造是影响电子设 备的质量、成本的基本因素之一。因此 ,印制电路板 (PCB)设计质量直接影响着电子产品的性能 3、自动布局图及手动调整后布局图 自动布局图 音响功放类电路设计注意事项： 1.增强高频抗干扰能力
21、 针对杂散电磁波多数是中高频信号的特点，在放大器输入端对地增设磁片电容，容值可在 47 220P 之间选取，数百皮法容值的电容频率转折点比音频范围高两、三个数量级，对有效听音频段内的声压响应和听感的影响可忽略不计。 2.注意电源变压器安装方式 用质量较好的电源变压器，尽量拉开变压器与 PCB 之间的距离，调整变压器与PCB 之间的 方位，将变压器与放大器敏感端远离。 3.地线干扰 音频电路地线可简单划分为电源地和信号地，电源地主要是指滤波、退耦电容地线，小信号地是指输入信号、反馈地线。小信号地与电源地不能混合，否则必将引发很强的交流声：强电地由于滤波和退耦电容充放电电流较大（相对信号地电流），在电路板走线上必然存在一定压降，小信号地与该强电地重合，势必会受此波动电压影响，也就是说，小信号的参考点电压不再为零。信号输入端与信号地之间的电压变化等效于在放大器输入端注入信号电压，地电位变化将被放大器拾取并放大，产生交流调整后布局图
