EDA技術在通信電子線路中的運用方式研究

何子月

摘? 要：EDA技術由CAD、CAE技術發(fā)展衍生而來。根據(jù)EDA技術發(fā)展歷史及技術變革掌握其特點，將更好地明確EDA技術與通信電子線路技術應用內(nèi)部的關聯(lián)。本文從通信電子線路設計及芯片設計視角分析其優(yōu)勢，以此探究其在通信電子線路中的運用方式，為未來EDA技術在通信電子線路設計領域更好地發(fā)揮核心技術優(yōu)勢提供參考。

關鍵詞：EDA技術;通信電子線路;運用方式

中圖分類號：TN913 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2021）12-00-03

隨著EDA技術發(fā)展普及，它為通信電子線路與芯片設計發(fā)展提供了技術保障。充分了解EDA技術發(fā)展歷史，有助于明確通信電子線路、芯片技術發(fā)展與EDA技術的應用關系，對更好地掌握EDA技術在通信電子線路中的應用方式具有間接幫助。

一、EDA技術發(fā)展史及其技術變革

EDA全稱為“Electronic design automation”，是電子設計自動化簡稱。EDA技術集成信息技術發(fā)展、物理學等各個學科尖端理論思想，通過對芯片結構布局、芯片布線及規(guī)則設計等內(nèi)容優(yōu)化，實現(xiàn)大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路設計。EDA技術的發(fā)展歷史，最早可以追溯至1957年美國Fairchild Semiconductor公司成立的早期階段。該階段，諾貝爾物理學獎獲得者、英國裔的美國物理學家Shockley、William Bradford帶領Fairchild Semiconductor技術團隊針對雙擴散基型晶體管進行開發(fā)。1958年初，該項產(chǎn)品開發(fā)初獲成功，并獲得美國IBM公司首筆訂單。彼時，Robert Noyce在雙擴散基型晶體管技術研發(fā)中發(fā)現(xiàn)，若采用多晶體管集成策略進行電路優(yōu)化，則能更好地提高電路系統(tǒng)運行性能。但受限于公司經(jīng)濟條件及公司直接領導Shockley，該想法最終付諸東流。然而，Texas Instruments于1958首次在Fairchild Semiconductor團隊中展示集成電路PCB設計方案，吸引了Gordon Moore及Robert Noyce等人的注意，該設計方案與1958年初Robert Noyce想法基本一致。隨著1959年Texas Instruments公司完成對PCB集成電路設計方案的專利注冊，針對PCB集成電路設計專利權爭奪戰(zhàn)在兩家公司分別打響。最終經(jīng)過近10年的爭執(zhí)，F(xiàn)airchild Semiconductor公司由于未能拿出設計實體逐漸在技術上失去優(yōu)勢。但受PCB技術應用啟發(fā)，Gordon Moore與Robert Noyce等人于1968年成立英特爾公司，專攻以PCB集成電路為載體的計算機微處理器研究。

隨著20世紀80年代英特爾公司計算機微處理器研究的大獲成功，使早期階段CAD電子芯片設計技術應用得到廣泛普及。至此，芯片設計領域發(fā)展逐漸向CAD設計拓展。PCB集成電路設計方案不僅能解決手工前端設計導致電路設計錯誤率高的難題，同時也一定程度提高了芯片數(shù)據(jù)計算能力及內(nèi)部信息交互能力，強化電子芯片使用性能，使集成電路設計發(fā)展能基于CAD技術優(yōu)勢，滿足多元化電子芯片應用需求。為更好地進行技術優(yōu)化，英特爾及Motorola等公司率先進行技術改革，直至20世紀80年代中期，基于CAE芯片設計模式廣泛應用于電子芯片及通信電子線路設計。隨著計算機設備的不斷普及與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展體系進一步完善，電子芯片設計發(fā)展逐漸向輕量化與高性能邁進。此時，微電子技術成為20世紀90年代末期新的時代風潮。EDA技術發(fā)展便在計算機語言應用與計算機應用設計雙向融合時代背景下應運而生。1980年美國計算機科學家Lynn Conway發(fā)表的《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導論》影響美國公司對新時期電路設計的研究，使EDA設計概念初期得到普及。但此時EDA技術理論仍然未能跳出CAE設計邏輯。1986年Verilog描述語言的誕生，為EDA技術應用進行定義，確定EDA技術發(fā)展的電子設計自動化方案。1987年，美國為進一步推動信息化背景下的國防建設，在原有的技術基礎上，設計硬件描述語言“VHDL”。在美國國防部的充分推進下，EDA技術發(fā)展逐步從單一電路設計向仿生系統(tǒng)開發(fā)及邏輯綜合運算等領域拓展。最終，在高性能計算機設備加持下，EDA軟件開發(fā)及硬件編譯語言的運用，成為決定EDA技術發(fā)展特性的重要因素，從而使EDA技術成為集描述語言、驗證語言與系統(tǒng)級仿真技術于一體的超大規(guī)模集成電路設計唯一方式。

二、EDA技術應用優(yōu)勢

EDA技術具有較高的綜合性，在技術應用過程中，可以依據(jù)內(nèi)部多元化技術機制對各類設計方案進行系統(tǒng)化解析，同時此類技術模式可以真正根植到電子通信中，極大增強系統(tǒng)終端與執(zhí)行終端之間的對接精度。從EDA技術的應用形式而言，其所起到的應用優(yōu)勢如下。一是在技術方面，突破傳統(tǒng)通信工程的限制因素，增加通信線路內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的傳輸質(zhì)量及精度，規(guī)避數(shù)據(jù)不對稱或延時的問題。二是在電子信息方面，EDA易電技術具備的系統(tǒng)性功能，可以對整個通信系統(tǒng)的運行模式進行自適應優(yōu)化處理，不僅可以將通信技術以及自動化技術賦能于整個通信傳輸結構之中，還可以對各類內(nèi)容進行詳細化解析，結合內(nèi)部智能優(yōu)化功能，對整個通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸結構進行自完善處理，真正實現(xiàn)以技術為驅(qū)動的行業(yè)轉(zhuǎn)型。三是EDA技術還可在電路系統(tǒng)軟件設計中進行應用，不局限于環(huán)節(jié)性的操作限制，將整個系統(tǒng)運作作為一個主體，在系統(tǒng)復雜性、綜合性的運行模式下，將技術根植于各個環(huán)節(jié)之中，即便是在復雜原理結構設計時，也可以依據(jù)EDA仿真系統(tǒng)對整個設計模式及設計后的運營機制進行仿真模擬分析，提高整個機構的操控精準性。四是EDA技術在語言描述過程中，可以針對各類復雜的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行自動化設計，可以依據(jù)數(shù)據(jù)信息傳輸出一類信息指標，針對整個通信工程類的數(shù)據(jù)運行模式，將指標與對應參數(shù)相整合，提高資源利用效率和規(guī)避數(shù)據(jù)傳輸風險問題。從未來發(fā)展趨勢來講，EDA技術的應用可以全面推動電子通信行業(yè)的發(fā)展，且伴隨其不斷優(yōu)化與完善，在行業(yè)發(fā)展中起到的優(yōu)勢也將逐步凸顯出來，其具備的語言數(shù)字表述能力、設計能力、自適應能力等，將伴隨著系統(tǒng)的多樣化處理，為通信工程項目的發(fā)展提供技術支撐。

三、EDA技術在通信電子線路中的應用方式

（一）射頻電子線路設計應用

射頻電子線路設計由結構制圖及邏輯測試兩個部分組成。前期階段結構制圖，可以選用Protel軟件進行制圖分析，并基于VHDL描述語言的應用，對其進行編譯結果分析與仿真測試。其中，可編程編譯設計軟件與系統(tǒng)設計軟件的應用，主要負責對電子線路內(nèi)容系統(tǒng)進行配置及協(xié)調(diào)，確保各個系統(tǒng)器件能協(xié)同運行。一旦完成對線路的邏輯映射，則可對其進行適配編譯，使其適用于電路系統(tǒng)設備。由于設計階段與設備使用階段存在環(huán)境差異，因此射頻電子線路設計不僅要通過仿真測試模擬真實使用情況，同時也要針對設備使用中可能產(chǎn)生的問題進行分析。例如，在計算機DIMM內(nèi)存與SIMM內(nèi)存設計方面，早期階段通信電子線路設計，僅考慮電子交互穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性，未考慮設備內(nèi)部電壓及靜電流對設備的影響。后續(xù)階段部分計算機SIMM與DIMM內(nèi)存使用，通常需要加裝屏蔽罩對這一問題進行解決。射頻電子線路仿真系統(tǒng)，則是基于此類環(huán)境應用測試，對系統(tǒng)邏輯糾錯。因此，射頻電子線路設計對EDA技術的應用，一定程度提高了射頻電子線路設計精度，為行業(yè)發(fā)展提供有效助力。

（二）分頻器設備設計應用

電子設備設計的使用，大部分采用模塊化設計替代集中化設計方案。模塊化設計的主要優(yōu)勢在于[1]，能更好地整合電子設計產(chǎn)業(yè)資源，并提高電子設備實際使用壽命，使電子設備內(nèi)部單一模塊的損壞，不會對設備整體壽命產(chǎn)生直接影響。分頻器設備的使用，主要在音響與部分電子設備中有所運用。電子設備模塊化設計方案雖然具有諸多優(yōu)勢，但不同企業(yè)設計參數(shù)并不一致。分頻器需要將各類設備模塊運行頻率控制在相對合理的范圍內(nèi)，有效協(xié)調(diào)電子設備內(nèi)部資源應用，保證電子設備正常使用。早期階段，分頻器設備設計主要采用半整數(shù)與整數(shù)分頻兩種方案。由于設計方案不同，與之對應使用的設備也有所不同，使電子設備內(nèi)部器件通用性大打折扣。分頻器設備設計對EDA技術的應用，進一步解決了分頻器適配能力不足的問題，使分頻器各類設計方案能適用于多種不同使用環(huán)境。基于EDA技術分頻器設計，采用整數(shù)分頻設計邏輯，通過設置內(nèi)部時鐘對分頻器周期數(shù)值進行固定，而后結合各個器件實際頻率按照統(tǒng)一時鐘周期進行同步，以計數(shù)器數(shù)據(jù)為基本參考，對數(shù)據(jù)頻率進行修正，使分頻器的分頻處理方式及邏輯得以簡化。在實際設計方面，需要先對分頻器參數(shù)進行采集，在確定參數(shù)之后，利用VHDL描述語言生成設備運行程序[2]。若分頻器能正常運行，則代表前期階段設計不存在錯誤問題。此時，可以針對分頻器設計進行仿真模擬測試，按照使用要求設置時鐘時間參數(shù)。如果分頻器能按照四分頻電路設計要求通過測試，則完成整體EDA設計流程。

在具體設計期間可以由下列幾道工序所組成，且各類工序之間的邏輯性排列、增強數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、令分頻器設備各項功能的實現(xiàn)具備有序性特征。一是EDA技術在應用時，依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)所標定的程序加裝一個允許機制，此時在標記以后信息進入程序，則自動啟動OEP操作，此過程中EDA技術可以按照設計類型以及文件傳輸模式，自動選取相對應的數(shù)據(jù)留存路徑?；蛘呤窃谙到y(tǒng)中創(chuàng)設一個新的文件夾，供后續(xù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生與存儲，通過文件夾的下載實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效率整合，規(guī)避后期因為數(shù)據(jù)存儲冗余問題而造成的資源浪費現(xiàn)象。二是依據(jù)目標芯片的型號，自動選取相對應的數(shù)據(jù)類型，在整個系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)庫中進行逐一選定，此時則應依據(jù)芯片類型來對EDA工具進行自動選取，在技術實現(xiàn)過程中可以正確做到技術操作模式與芯片運行功能的精準對接[3]。三是在對輔助類軟件進行語言描述時，EDA系統(tǒng)內(nèi)部的圖標及數(shù)據(jù)標記生成相應程序，在程序輸入之后，可以選定生程選項，自主生成文件夾，依據(jù)文件內(nèi)容對文件名稱進行設定，此時在工具欄則可以通過圖標形式確定此類文件內(nèi)容。如果系統(tǒng)提示操作錯誤的話，則表明此類設計內(nèi)容存在問題，工作人員應針對各項程序的編寫進行重新檢查;如果系統(tǒng)自動生成圖標，則表明此類分頻器設計合理。四是在文件生成以后，系統(tǒng)需要針對文件內(nèi)的各類程序完成波形圖的仿真模擬處理，文件中的波形參數(shù)在選定過程中，工作人員應手動點擊空白區(qū)域，將此類文檔移入仿真端口內(nèi)，對后續(xù)操作模式進行選定處理。五是在完成上述仿真工序之后，需要對仿真時間以及仿真空間進行選定，合理分配高電平與低電平的范圍，確保模擬工序在運行期間不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤對接的現(xiàn)象。

（三）電子通信線路設計教學應用

EDA技術是未來通信電子線路設計發(fā)展的必然趨勢，也是芯片設計發(fā)展研究中不可或缺的重要內(nèi)容。因此，EDA技術流程雖然較為復雜，但由于具有完善的技術應用體系，使其能針對各項環(huán)節(jié)進行集成化內(nèi)容展示。將EDA技術應用于電子通信設計教育領域，能更好地為專業(yè)人才培養(yǎng)提供支持。目前，國內(nèi)部分高校已將EDA技術應用于電子通信線路設計人才培養(yǎng)，通過對EDA技術應用流程及技術特點詳細解析，能進一步開展多元化電子通信線路設計實踐，打破早期階段技術人才培養(yǎng)存在的教育實踐技術壟斷問題，切實發(fā)揮EDA技術透明化、集成化優(yōu)勢，為人才教育積累提供有力保障。除此之外，EDA技術中各類軟件在高校教育方面普及，可以進一步提高專業(yè)人才對軟件系統(tǒng)的操作能力，使通信電子線路專業(yè)人才培養(yǎng)可以充分實現(xiàn)教育與崗位實踐有效對接，為后續(xù)階段人才教育培養(yǎng)工作穩(wěn)步推進奠定良好根基。

大部分院校采取合作辦學模式，依據(jù)企業(yè)資源以及高校教學體系設定處仿真型EDA實驗室，對電子通信線路及其技術進行深入探討。此類實驗室的建設與應用，不僅可以為學生提供一個實踐管理場所，還可以為教育科研活動提供平臺，使全體師生在操作期間可以依據(jù)各類參數(shù)進行模擬分析。EDA仿真實驗室起到的驗證性實驗功能，可激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，使其在學習期間也可以真實了解各類屬性信息以及技術工藝所起到的實際價值。例如，在對輸入與輸出信號的波形頻譜進行分析時，主要是通過仿真軟件對通信電子線路的運行模式進行分析與檢測，整個數(shù)據(jù)處理模式可以精準闡釋電子線路運行的各個特征，結合通信設備以及各類信息傳輸結構，將繁雜的理論知識點進行可視化、立體化的描述，降低計算能力，減少資源消耗，并可針對各類抽象化知識予以解析，增強學生的實踐能力，滿足應用型人才的教育訴求[4]。

（四）電子通信線路仿真系統(tǒng)分析

EDA技術在電子通信線路仿真驗證領域亦有廣泛應用。受益于EDA技術仿真技術應用特點，運用Multisim2001軟件，能對電子通信線路進行一系列仿真測試。不同于傳統(tǒng)意義上對電子通信線路的仿真功能模擬，EDA技術將模擬系統(tǒng)嵌入Multisim2001軟件內(nèi)部，使其能更好地滿足多元化電子通信線路仿真檢測需求。例如，早期階段雙邊帶制電路仿真測試相對困難，受電力結構的影響，無法充分掌握電力通信系統(tǒng)內(nèi)部波形。EDA技術對Multisim2001軟件的開發(fā)則能有效解決這一問題，實現(xiàn)對雙邊帶制電路波形的進一步監(jiān)控。通過EDA技術能直接對雙邊帶制電路負載能力進行了解，對于更好地優(yōu)化電子通信線路結構具有一定幫助。另外，Multisim2001軟件由于操作相對簡單，能簡化傳統(tǒng)電子通信線路仿真測試流程，可極大提高電子通信線路仿真測試效率，解決電子通信線路生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)檢測效率不高問題。因此，EDA技術在電子通信線路仿真系統(tǒng)測試方面，具有高效化、高準確性及高穩(wěn)定性等多種特點，彌補傳統(tǒng)仿真技術不足，為電子通信線路優(yōu)化及線路設計提供高水平仿真檢測支持。此外，仿真系統(tǒng)的建設是將整個操作模式獨立于計算機系統(tǒng)之外，在工作人員進行實驗或者教學時，整個系統(tǒng)的運作模式如果受到損壞也不會對計算機服務器產(chǎn)生任何影響，因為整體操作工具是由軟件所設定的模擬空間進行仿真化處理的，其與物理服務器所產(chǎn)生的獨立屬性，能極大提高整個操作空間權限，實驗人員可以大膽地發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力，將各類理論知識予以認證。這樣才可以在不斷的操作與實踐過程中，激發(fā)實驗人員或?qū)W生的探索欲望，為后期技術的優(yōu)化與完善提供理論支撐。

四、結語

綜上所述，EDA技術發(fā)展經(jīng)歷多個歷史時期。隨著現(xiàn)代信息技術發(fā)展及芯片制造技術發(fā)展不斷進步，EDA技術在通信電子線路中設計應用將愈發(fā)廣泛，對于推動通信電子線路設計創(chuàng)新及芯片設計探索具有重要意義。期待在未來的發(fā)展過程中，科研人員深度挖掘出EDA實驗室技術體系的應用價值，將電子信息工程、自動化智能化控制工程等作為技術研發(fā)重心，保證每類技術的應用與實現(xiàn)可以真正凸顯出科學創(chuàng)新的重要性。

參考文獻：

[1]司偉.院校學報信息管理系統(tǒng)[D].電子科技大學碩士論文，2011.

[2]苗澎，等.EDA在通信電子線路實驗中的教學實踐[J].電氣電子教學學報，2018，40（6）：71-74.

[3]崔健，黃思淇，賈港澳.通信電子線路中EDA技術的實踐運用淺析[J].電子元器件與信息技術，2020，4（8）：40-41.

[4]徐徐.電子線路設計中EDA技術的應用分析[J].科學技術創(chuàng)新，2019（16）：191-192.

（責任編輯：董維）