电路设计是创建电子电路的过程,旨在实现特定的功能或任务。电路可以是数字电路、模拟电路、混合信号电路或射频电路,根据应用的不同。
STM32外部晶振电路设计和匹配
cathy 在 提交
电路设计是创建电子电路的过程,旨在实现特定的功能或任务。电路可以是数字电路、模拟电路、混合信号电路或射频电路,根据应用的不同。
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今天,我们来聊聊怎样设计一个高可靠的负载开关电路。从需求分析到原理实现,再到设计验证,step by step。
采用MCU来控制一个外部功率开关是一个非常常见的需求。比如MCU用ADC检测电源输出电压,当出现异常情况的时候,需要快速切断输出进行保护。
这个需求很简单,一般是这样实现的——
如图所示,Control电平控制Q1三极管的导通,继而控制Q2的导通,实现VCC输出到OUT。
这往往是最后一道防线,如果MCU死机或跑飞,导致控制失效,那么可能会造成后端烧毁的严重后果。有没有办法在MCU死机或者是跑飞的情况下,电路能实现高可靠性的自动的保护呢?
我们考虑,当MCU死机或跑飞的时候,电平是固定的。也正因此才会造成失控的情况。所以我们是否可以采用电平不固定的形式来作为MCU正常工作的标记呢?就跟有些LED指示灯一样,闪烁的时候代表正常。
也就是说,当上图的Control信号是方波的时候,代表正常,Q2导通。当Control为固定电平的时候,代表异常,Q2不导通。这样就能实现完善的保护了。
如何实现这个电路呢?
Q1、Q2的导通截至,还是需要固定电平来进行控制的。如果把(图1)的Control直接改成方波,那OUT输出也会变成方波。
以图2为例,需要将Control连接的A点输入方波,在B点变成高电平,把高电平和低电平输入变成低电平。
首先,我们要解决A点输入高电平或低电平的时候,B点为低电平。什么形式的电路能解决这个问题呢?电容!
于是我们尝试这样的电路——
这样确实能解决高电平或低电平输入的时候,B点输出为低电平。
但方波输入的时候,问题仍然存在。
怎样在上述基础上,将方波变成高电平呢?可以利用电容积分电容。利用方波给电容充电,转化成直流电平。于是我们修改为以下电路——
但实测会发现,这样并不能解决问题。C2无法实现充电。原因是因为电流会从C1回流回去。那怎样解决回流问题呢?单向导通,那就是二极管呗。
实测发现,加上D1二极管之后,在B点测量没有办法达到预期的电压。这里实际输出是负压。所以必须提供一个回流通道。
于是再修改为——
除了增加D1之外,同时还调整了R3和R4的顺序和阻值,调整了C2的容值。阻值调整是为了减少电阻分流,使得电容充电更快。而R3同时还起到一个非常重要的作用是当A点输入为直流电平时,可以通过R3消耗C2上的能量,使得Q2关闭。
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电路问题计算的先决条件是正确识别电路,搞清楚各部分之间的连接关系。对较复杂的电路应先将原电路简化为等效电路,以便分析和计算。识别电路的方法很多,现结合具体实例介绍十种方法。
一、特征识别法
串并联电路的特征是;串联电路中电流不分叉,各点电势逐次降低,并联电路中电流分叉,各支路两端分别是等电势,两端之间等电压。根据串并联电路的特征识别电路是简化电路的一种最基本的方法。
例 1. 试画出图 1 所示的等效电路。
解:设电流由 A 端流入,在 a 点分叉,b 点汇合,由 B 端流出。支路 a—R1—b 和 a—R2—R3(R4)—b 各点电势逐次降低,两条支路的 a、b 两点之间电压相等,故知 R3 和 R4 并联后与 R2 串联,再与 R1 并联,等效电路如图 2 所示。
二、伸缩翻转法
在实验室接电路时常常可以这样操作,无阻导线可以延长或缩短,也可以翻过来转过去,或将一支路翻到别处,翻转时支路的两端保持不动;导线也可以从其所在节点上沿其它导线滑动,但不能越过元件。这样就提供了简化电路的一种方法,我们把这种方法称为伸缩翻转法。
例 2. 画出图 3 的等效电路。
解:先将连接 a、c 节点的导线缩短,并把连接 b、d 节点的导线伸长翻转到 R3—C—R4 支路外边去,如图 4。
再把连接 a、C 节点的导线缩成一点,把连接 b、d 节点的导线也缩成一点,并把 R5 连到节点 d 的导线伸长线上(图 5)。由此可看出 R2、R3 与 R4 并联,再与 R1 和 R5 串联,接到电源上。
三、电流走向法
我们一直寻找的,却是自己原本早已拥有的;我们总是东张西望,唯独漏了自己想要的,这就是我们至今难以如愿以偿的原因。
电流是分析电路的核心。从电源正极出发(无源电路可假设电流由一端流入另一端流出)顺着电流的走向,经各电阻绕外电路巡行一周至电源的负极,凡是电流无分叉地依次流过的电阻均为串联,凡是电流有分叉地分别流过的电阻均为并联。
例 3. 试画出图 6 所示的等效电路。
解:电流从电源正极流出过 A 点分为三路(AB 导线可缩为一点),经外电路巡行一周,由 D 点流入电源负极。第一路经 R1 直达 D 点,第二路经 R2 到达 C 点,第三路经 R3 也到达 C 点,显然 R2 和 R3 接联在 AC 两点之间为并联。二、三路电流同汇于 c 点经 R4 到达 D 点,可知 R2、R3 并联后与 R4 串联,再与 R1 并联,如图 7 所示。
四、等电势法
在较复杂的电路中往往能找到电势相等的点,把所有电势相等的点归结为一点,或画在一条线段上。当两等势点之间有非电源元件时,可将之去掉不考虑;当某条支路既无电源又无电流时,可取消这一支路。我们将这种简比电路的方法称为等电势法。
例 4. 如图 8 所示,已知 R1 = R2 = R3 = R4 = 2Ω ,求 A、B 两点间的总电阻。
解:设想把 A、B 两点分别接到电源的正负极上进行分析,A、D 两点电势相等,B、C 两点电势也相等,分别画成两条线段。电阻 R1 接在 A、C 两点,也即接在 A、B 两点;R2 接在 C、D 两点,也即接在 B、A 两点;R3 接在 D、B 两点,也即接在 A、B 两点,R4 也接在 A、B 两点,可见四个电阻都接在 A、B 两点之间均为并联(图 9)。所以,PAB=3Ω。
五、支路节点法
节点就是电路中几条支路的汇合点。所谓支路节点法就是将各节点编号(约定;电源正极为第 1 节点,从电源正极到负极,按先后次序经过的节点分别为 1、2、3……),从第 1 节点开始的支路,向电源负极画。可能有多条支路(规定:不同支路不能重复通过同一电阻)能达到电源负极,画的原则是先画节点数少的支路,再画节点数多的支路。然后照此原则,画出第 2 节点开始的支路。余次类推,最后将剩余的电阻按其两端的位置补画出来。
例 5. 画出图 10 所示的等效电路。
解:图 10 中有 1、2、3、4、5 五个节点,按照支路节点法原则,从电源正极(第 1 节点)出来,节点数少的支路有两条:R1、R2、R5 支路和 R1、R5、R4 支路。取其中一条 R1、R2、R5 支路,画出如图 11。
再由第 2 节点开始,有两条支路可达负极,一条是 R5、R4,节点数是 3,另一条是 R5、R3、R5,节点数是 4,且已有 R6 重复不可取。所以应再画出 R5、R4 支路,最后把剩余电阻 R3 画出,如图 12 所示。
六、几何变形法
几何变形法就是根据电路中的导线可以任意伸长、缩短、旋转或平移等特点,将给定的电路进行几何变形,进一步确定电路元件的连接关系,画出等效电路图。
例 6. 画出图 13 的等效电路。
解:使 ac 支路的导线缩短,电路进行几何变形可得图 14,再使 ac 缩为一点,bd 也缩为一点,明显地看出 R1、R2 和 R5 三者为并联,再与 R4 串联(图 15)。
七、撤去电阻法
根据串并联电路特点知,在串联电路中,撤去任何一个电阻,其它电阻无电流通过,则这些电阻是串联连接;在并联电路中,撤去任何一个电阻,其它电阻仍有电流通过,则这些电阻是并联连接。
仍以图 13 为例,设电流由 A 端流入,B 端流出,先撤去 R2,由图 16 可知 R1、R3 有电流通过。再撤去电阻 R1,由图 17 可知 R2、R3 仍有电流通过。同理撤去电阻 R3 时,R1、R2 也有电流通过由并联电路的特点可知,R1、R2 和 R3 并联,再与 R4 串联。
八、独立支路法
让电流从电源正极流出,在不重复经过同一元件的原则下,看其中有几条路流回电源的负极,则有几条独立支路。未包含在独立支路内的剩余电阻按其两端的位置补上。应用这种方法时,选取独立支路要将导线包含进去。
例 7. 画出图 18 的等效电路。
方案一:选取 A—R2—R3—C—B 为一条独立支路,A—R1—R5—B 为另一条独立支路,剩余电阻 R4 接在 D、C 之间,如图 19 所示。
方案二:选取 A—R1—D—R4—C—B 为一条独立支路,再分别安排 R2、R3 和 R5,的位置,构成等效电路图 20。
方案三:选取 A—R2—R3—C—R4—D—R5—B 为一条独立支路,再把 R1 接到 AD 之间,导线接在 C、B 之间,如图 21 所示,结果仍无法直观判断电阻的串并联关系,所以选取独立支路时一定要将无阻导线包含进去。
九、节点跨接法
将已知电路中各节点编号,按电势由高到低的顺序依次用 1、2、3……数码标出来(接于电源正极的节点电势最高,接于电源负极的节点电势最低,等电势的节点用同一数码,并合并为一点)。然后按电势的高低将各节点重新排布,再将各元件跨接到相对应的两节点之间,即可画出等效电路。
例 8. 画出图 22 所示的等效电路。
解:节点编号:如图 22 中所示。
节点排列:将 1、23 节点依次间隔地排列在一条直线上,如图 23。
元件归位:对照图 22,将 R1、R2、R3、R4 分别跨接在排列好的 1、2 得等效电路如图 24。
十、电表摘补法
若复杂的电路接有电表,在不计电流表 A 和电压表 V 的内阻影响时,由于电流表内阻为零,可摘去用一根无阻导线代替;由于电压表内阻极大,可摘去视为开路。用上述方法画出等效电 搞清连接关系后,再把电表补到电路对应的位置上。
例 9. 如图 25 的电路中,电表内阻的影响忽略不计,试画出它的等效电路。
解:先将电流去,用一根导线代摘替,再摘去电压表视为开路,得图 26。然后根据图 25 把电流表和电压表补接到电路中的对应位置上,如图 27 所示。
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01、双路232通信电路
3线连接方式,对应的是母头,工作电压5V,可以使用MAX202或MAX232。
02、三极管串口通信
本电路是用三极管搭的,电路简单,成本低,但是问题,一般在低波特率下是非常好的。
03、单路232通信电路
三线方式,与上面的三级管搭的完全等效。
04、USB
采用的是PL2303HX,价格便宜,稳定性还不错。
05、SP706S复位电路
带看门狗和手动复位,价格便宜(美信的贵很多),R4为调试用,调试完后焊接好R4。
06、SD卡模块电路(带锁)
本电路与SD卡的封装有关,注意与封装对应。此电路可以通过端口控制SD卡的电源,比较完善,可以用于5V和3.3V。但是要注意,有些器件的使用,5V和3.3V是不一样的。
07、LCM12864液晶模块(ST7920)
本电路是常见的12864电路,价格便宜,带中文字库。可以通过PSB端口的电平来设置其工作在串口模式还是并行模式,带背光控制功能。
08、LCD1602字符液晶模块(KS0066)
最常用的字符液晶模块,只能显示数字和字符,可4位或8位控制,带背光功能。
09、全双工RS485电路(带保护功能)
带有保护功能,全双工4线通信模式,适合远距离通信用。
10、RS485半双工通信模块
可以通过选择端口选择数据的传输方向,带保护功率。此模块只能工作在5V.
11、ARM JTAG仿真接口电路
比较完善,可以应用在常规的ARM芯片下,具有有自动下载功能,可以用JLINK或ULINK。
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LED电源的工程师经常提及“恒流”驱动,其实,在很多电子设备中,有许多用电设备要求供给的电流(而不是电压)保持恒定。一般把这种能够向负载提供恒定电流的电源称为恒流源。所谓恒流,是一种习惯说法,并不是电流值绝对不变,只是这种变化相对的小而已,在一个规定的工作范围内保持足够的稳定性。
经常有人问起,看到LED驱动电源,不知道是恒压源还是恒流源类型的。讲正题之前,先在这里给大家讲一个很实用的区分小技巧:看到一个LED驱动电源,先看电源的名牌参数。看输出电压这个关键参数:若它的电压标称是一个恒定值,则是恒压源。如果是一个范围值,则是恒流源。比如:有一个电源它的输出电压是12V,就确定这个是恒压源,如果它标称的是30~70V呢,那就一个恒流源。
恒流源是LED电路中经常使用的,今天把比较常见的恒流源的基本结构和特点整理一下,奉献给eepw论坛的网友们分享。当然,真正的恒流源电源都用的是这些结构的拓展和变换类型,或者集成IC的形式。
基本的恒流源电路,这里依据主要组成器件的不同,可分为三类:晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。
一、 晶体管恒流源
这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性,通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施。其基本型电路如图1的A,B两种类型。
如图1中的A图, R1、R2分压稳定b点电位为Vb,Re形成电流负反馈 ,输出电流IO=(Vb-Vbe)/Re≈Vb / Re (Vb >>Vbe)。B图的计算参考A图。
提示1:
图1中的电路的不足就是晶体管的集射极间电阻一般为几十千欧以上,当只需几伏的工作电压,采用这种恒流源电路 ,其等效内阻是非常大,功耗大,且精度不高。
实际电路中,最常用的简易恒流源如图2所示,用两只同型三极管,利用三极管相对稳定的be电压作为基准,电流数值为:I=Vbe/R1。
提示2:
图2的这种恒流源优点是简单易行,而且电流的数值可以自由控制,也没有使用特殊的元件,有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子,其be 电压不是一个固定值,即使是相同型号,也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。
二、场效应管恒流源
由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图3所示
图3A ,R1,R2分压稳定b点电位 , Vb =R2*VCC\(R1+R2),而 Vgs=Vb-Id*RS
Id=Idss( 1- Vgs*Vp)*2
式中Vp表示为夹断电压 ,Idss为饱和漏极电流。也可以去掉电源辅助回路 ,变成一纯两端网络 ,电路如图3 B所示 ,由图可得Vgs =- Id*RS
提示3:
这种恒流源电路的场效应管为JEFT,超低噪声,输出电流有JEFT决定,检测电压与JEFT有关。
三、集成运放恒流源
为了能够精确输出电流,通常使用一个运放作为反馈,同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图4所示,如果电流不需要特别精确,其中的场效应管也可以用三极管代替如图4B。
如图4B中,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压,Vs(Vs=Rs*Iout)相等,
Is=Ib+Iout=Iout(1+1/Hfe)其中1/Hfe为误差。
提示4:
这个电路可以认为是恒流源的标准电路,除了足够的精度和可调性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出,恒流源有个定式,就是利用一个电压基准,在电阻上形成固定电流。有了这个定式,恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个"电压基准"的器件上,最典型的就是利用TL431组成的恒流源电路。
TL431是另外一个常用的电压基准,利用TL431搭建的恒流源如图5所示,其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
电流计算公式为:Iout=Vref/Rs,检测电压根据Vref不同,即1.25V或者是2.5V不同而已。
提示5:
这种恒流源电路,使用并联稳压器TL431,简单实用且精度高。
有经验的模拟电路工程师经常会用三端稳压IC做恒流源,使用这些三端稳压电源IC,本身精度已经很高,需要的维持电流也很小。利用三端稳压构成恒流源,也有非常好的性价比,如图5所示的LM317的两种类型。
电流计算公式为:I=V/R1,其中V是三端稳压的稳压数值。
提示6:
这种结构的恒流源,不适合太小的电流,因为这个时候,三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。
总结:
恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈,动态调节设备的供电状态,从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流,就可以有效形成反馈,从而建立恒流源。
能够进行电流反馈的器件,还有电流互感器,或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈,也可以利用回路上的发光器件(例如光电耦合器,发光 管等)进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源,而且更适合大电流等特殊场合,不过因为这些实现形式的电路都比较复杂,这里就不一一介绍了。
转自:电子工程师笔记
EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的 最新成果,进行电子产品的自动设计。利用EDA工具,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版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
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:protel、MentorPADS、OrCAD、Mentor WG、Mentor EN、allegro、EWB、PSPICE、 Synopsys等等。按主要功能或主要应用场合,大致可分为电路设 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。
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、Multisim、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)MATLAB:它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。
PCB设计软件
PCB设计软件种类很多,如Protel/AD、OrCAD、Viewlogic、Cadence PSD、Mentor公司的Mentor EN、Mentor WG以及Mentor PADS等系列。常用的PCB设计软件还有Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。
先来说说Mentor旗下几个常用系列工具!
Mentor公司有三个系列的PCB设计工具,分别是:
Mentor EN系列,即Mentor Board Station.
Mentor WG系列,即Mentor Expedition.
还有PADS系列,即PowerPCB.
上面讲到的Mentor PADS,也就是以前的PowerPCB/PowerLogic系列,是低端的PCB软件中最优秀的一款,其界面友好、容易上手、功能强大而深受中小企业的青睐,在中小企业用户占有很大的市场份额。
其他两个系列Mentor EN系列和Mentor WG系列与Cadence Allegro一样,都是目前最高端的PCB软件,像中兴、华为这类大型公司都会使用这些高端的设计软件。
其中,Mentor Expedition(WG系列)是拉线最顺畅的软件,被誉为拉线之王,它的自动布线功能非常强大,布线规则设计非常专业。
Mentor EN系列是从早期UNIX系统移植到Windows系统,也是最专业的PCB工具软件,但其学习难度较大,自学的话会比较吃力。
PADS系列则相对来说比较简单易用且上手快,设计灵活,用户的自由度也非常高,很适合初学者及热衷于自学的群体。
再来说说Altium公司的Protel和AD
Protel/AD也有不少高校用户,它拥有完整的全方位电位设计系统,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。
最后来谈谈Cadence Allegro.
Cadence公司拥有Orcad/SPB/PSD等多个系列,三者都是Cadence公司基于capture和allegro的PCB设计套件,区别仅在于软件配置。
Orcad的配置是低端产品,存在价格低的优点,但是在Orcad中Allegro 的功能比较弱,只有各项基本功能而没有constrain manager,如果需要SI或者constrain manager呢,就需要另外的增加配置了。
PSD和SPB其实是同一个东西,PSD是Allegro系统互连设计平台的早期版本,后来新出的版本叫做 SPB,因为改进了设计理念,所以修改了套件包的名称。
由此大家应该明白了,SPB是Allegro最全功能的版本。
衡量一个软件的优劣,其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率,也就是它的普及和流行程度.Cadence Allegro现在几乎成为高速板设计中实际上的工业标准,被很多大型电子通信类公司采用,因此掌握Cadence Allegro对求职有实质的帮助;另外其学习资源也比较丰富,比较适合自学。
现在Cadence公司的系列产品有:Cadence SPB16.2, Cadence SPB16.0, Cadence SPB 15.7, Cadence SPB15.5, Cadence SPB15.2等。板级电路设计系统。
Cadence Allegro现在几乎成为高速板设计中实际上的工业标准,其学习资源也比较丰富,比较适合自学。
曾经有人这么评价Cadence:
“Cadence是高速板设计中实际上的工业标准。无论哪一方面都超牛。Cadence PCB Layout工具绝对一流,稍微熟悉一点后就不再想用其他工具了,布线超爽。仿真方面也是非常的牛,有自己的仿真工具,信号完整性仿真,电源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占据着霸主地位。要知道这个世界上60%的电脑主板40%的手机主板可都是拿Allegro画的。”
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。此外,美国还出了一家软件叫Ambit,比Synopsys的软件更有效,可以综合50万门的电路,速度 更快。不过Ambit已被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 公司又陆续开发了用于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。
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。
PLD生产及开发工具:
1)ALTERA—20世纪90年代以后发展很快,后被英特尔收购。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)XILINX—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的领导者,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—已被Microchip收购,中小规模PLD做得不错。ATMEL早年也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子,但在品质上与原厂家还是有一些差距,在高可靠性产品中使用较少,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。
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。
在文章结束即将结束前,再介绍一下Saber软件!
Saber 是混合信号、混合技术设计与验证工具,在电力电子、数模混合仿真、汽车电子及机电一体化领域得到广泛应用。Saber软件在技术、理论及新产品开发方面保 持明显优势,其大量的器件模型、先进的仿真技术和精确的建模工具为客户提供了全面的系统解决方案,在并在技术方面不断地完善创新。
Saber 的建模工具运用广泛,有可用于电源、机电、磁、热、负载等各种建模工具。Saber也有独特的设计与验证方法:“自顶向下”(Top- Down Design)设计与“自下而上”(Bottom-Up)仿真验证方法。在作了建模方法演示、混合技术设计方法演示、线缆设计(从电气设计到线缆生产)流 程演示后,Johnson演示了单故障模式仿真调试;关键参数与非关键参数的多故障模式仿真调试,显示了Saber仿真器Testify的强大功能。
Saber的典型案例是航空器领域的系统设计,其整个设计过程包含了机械技术、电子技术、液压技术、燃油系统、娱乐系统、雷达无线技术等复杂的混合技术设计与仿真。从航空器、轮船、汽车到消费电子、电源设计都可以通过Saber来完成。
在开关电源设计中,如果有变压器,saber仿真是最好的,变压器模型比较全。saber仿真现在主要问题就是没有教材。不方便学习。
来源:嵌入式ARM