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EDA报告

EDA设计实验报告

编号

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指导老师

2012年11月22日

第一部分EDA技术综述

EDA的发展历程

20世纪末，电子技术获得飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

现代电子技术的核心是EDA（ElectronicDesignCircuit）技术。

EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术，IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA\CPLD编程下载技术、自动测试技术等。

回顾近30年电子设计技术的发展历程，可将EDA技术分为三个阶段。

一.七十年代为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，产生了计算机辅助设计的概念。

二．八十年代为CAE阶段。

与CAD相比，除了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，这就是计算机辅助工程的概念。

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。

三.九十年代为EDA阶段。

人们开始追求：

贯彻整个设计过程的自动化，这就是EDA即电子系统设计自动化。

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，它的基本特征是：

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。

EDA技术的主要内容与方法

内容：

硬件描述语言（HDL）是各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法.所谓硬件描述语言,实际就是一个描述工具,其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能,实现该功能的算法,选用的电路结构以及其他各种约束条件等.通常要求HDL既能描述系统的行为,又能描述系统的结构.

HDL中有与硬件实际情况相对应的并行处理语句.此外,用HDL编制程序时,还需注意硬件资源的消耗问题（如门,触发器,连线等的数目）,有的HDL程序虽然语法,语义上完全正确,但并不能生成与之相对应的实际硬件,其原因就是要实现这些程序所描述的逻辑功能,消耗的硬件资源将十分巨大.目前主要有以下两种HDL语言:

Verilog-HDL、VHDL。

方法：

电路级设计，首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。

接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析，模拟电路的交直流分析、瞬态分析。

仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。

在制作PCB板之前还可以进行后分析，包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为后仿真，这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。

系统级设计:

进入90年代以来，电子信息类产品的开发明显出现两个特点：

一是产品的复杂程度加深；二是产品的上市时限紧迫，然而电路级设计本质上是基于门级描述的单层次设计，设计的所有工作（包括设计输入，仿真和分析，设计修改等）都是在基本逻辑门这一层次上进行的，显然这种设计方法不能适应新的形势，为此引入一种高层次的设计方法，也称为系统级的设计方法。

EDA技术的应用展望

从某种意义上来说，EDA教学科研情况如何，代表着一个学校电类专业教学及科研水平的高低，而EDA教学科研工作开展起来后，还会对微电子类、计算机类学科产生积极的影响，从而带动各高校相应学科的同步发展。

EDA技术将广泛应用于专用集成电路和新产品的开发研制中由于可编程逻辑器件性能价格比的不断提高，开发软件功能的不断完善，而且由于用EDA技术设计电子系统具有用软件的方式设计硬件;设计过程中可用有关软件进行各种仿真;系统可现场编程，在线升级;整个系统可集成在一个芯片上等特点，使其将广泛应用于专用集成电路和机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域新产品的开发研制中。

EDA技术将我国军队在国防现代化建设中发挥重要的作用EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都有新的EDA工具问世，我国EDA技术的应用水平长期落后于发达国家，如果说用于民品的核心集成电路芯片还可以从国外买的到的话，那么军用集成电路就必须依靠自己的力量研制开发，因为用钱是买不到国防现代化的，特别是中国作为一支稳定世界的重要力量，更要走自主开发的道路。

强大的现代国防必须建立在自主开发的基础上，因此，广大电子工程技术人员应该尽早掌握这一先进技术，这不仅是提高设计效率和我国电子工业在世界市场上生存、竟争与发展的需要，更是建立强大现代国防的需要。

常见EDA工具

PROTEL、ORCAD、SPICE、E1ectronicsWorkbench

第二部分利用EWB进行单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1、掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法。

2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。

3、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

4、熟悉放大电路的幅频和相频特性曲线。

二、实验要求

1、设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz（峰值10mV），负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。

2、调节电路静态工作点（调节偏置电阻），观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

3、调节电路静态工作点（调节偏置电阻），使电路输出信号不失真，并且幅度最大。

在此状态下测试：

电路静态工作点值；

三极管的输入、输出特性曲线和β、、值；

电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；

电路的频率响应曲线和fL、fH值。

三、实验原理

当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区，如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线形失真——饱和失真和截至失真，而不能正常放大。

当静态工作点设置在合适的位置时，即保证三极管在交流信号的整个周期均工作在放大区时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。

表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。

由于电路中有电抗元件电容，另外三极管中的PN结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：

幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性――即电压放大倍数的相位与频率的关系。

1、单级放大电路原理图：

（其中电位器R8,R1，R2组成分压偏置电路，调节电位器R8的大小可以改变三极管静态工作点。

）

图1.1单级放大电路原理图

满足电压增益大于70的条件。

2、

（1）电路饱和失真输出电压的波形图

图1.2电路饱和失真输出电压的波形图

图1.3电路饱和失真下的直流工作点分析

此时静态工作点Vce=91.269mV,Vbe=658.01800mV，Ic=3.00218mA，Ib=129.26899uA

所以此时发射极正偏，集电极正偏，所以饱和失真。

（2）电路截止失真输出电压的波形图

图1.4电路截止失真输出电压的波形图

因1mv电压源截止失真不明显，将之改为20mv显示如上

图1.5电路截止失真下的直流工作点分析

此时静态工作点Vce=11.9967V,Vbe=443.03400mV，Ic=902.25000nA，Ib=5.14668nA

因为Vbe<0.7V，所以发射极反偏，又集电极反偏，所以截止失真。

3、调节电路静态工作点（调节偏置电阻），使电路输出信号最大不失真

（1）电位器调至3%时，电路输出信号最大不失真

图1.6电路最大不失真状态下的直流工作点分析

电路静态工作点值Vce=5.50869V,Vbe=639.55400mV，Ic=1.66146mA，Ib=7.70827uA

（2）

A三极管的输入特性曲线

图1.7三极管输入特性曲线

图1.8求Rbe的数据

图1.9电路图

所以Rbe=89Ω

B三极管的输出特性曲线

图1.10Ib变化时的输出特性曲线

图1.11此静态工作点下的输出特性曲线

图1.12

图1.13电路图

所以Rce=6.3kΩ

C三极管的值

由图六中的Ic，Ib值可计算得：

=Ic/Ib=215

（3）

A求输入电阻

图1.14求输入电阻的电路图

测量值Ri=U/I=1720Ω.

理论值Ri=（Rp+R4）//R3//Rbe=1718.4Ω.

误差E=0.093%

B求输出电阻

图1.15求输出电阻的电路图

测量值Ro=U/I=2300Ω.

理论值Ro=R1//Rce=2032.26Ω.

误差E=0.82%

C通过输出波形图测电压增益

图1.16输出波形图

从图中得Av=85

理论值Av=79.3

误差E=7.2%，比较大，主要是目测的原因。

D求电压增益

图1.17求电压增益的电路图

测量值Av=Uo/Ui=75

理论值Av=—（R3//R5//Rce）/Rbe=79.3

误差E=5.4%

（4）频率响应

图1.18幅频特性曲线和相频特性曲线

图1.19求fL，fH的数据

中频幅度为99dB，所以99*0.707=69.993dB

所以fL=977HzfH=25.862MHz

四实验小结

通过本次实验对单级放大电路进行仿真，掌握了对放大电路的直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析等知识。

但在实验中，由于对最大不失真的静态工作点的选择还是存在一些误差，从而后面所测得的数据也有误差。

结束语

EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都有新的EDA工具问世，然而，我国EDA技术的应用水平长期落后于发达国家。

因此，广大电子工程人员要尽早掌握这一先进技术，这不仅是提高设计效率的需要，更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。

通过本次EDA设计，我将学习的使用方法与实践充分地结合到一起。

实践中验证理论，实践中发现新的问题，用所学到的理论知识去解决遇到的问题，在实验的过程中通过思考，摸索以及上网搜索资料解决，我学到了不少知识，掌握了软件的操作，这些是只有通过自己亲自实践，才会有所启发，才会有所收获，从根本上对有些问题有了一个全新的看法，希望以后还有更多这样的实验机会。

由于仿真的复杂性，所以在仿真的过程中也遇到了困难。

仿真的过程不能急躁，要一步一步来，看波形之前要先检查其静态工作点，如果静态工作点都不满足要求如何有波形。

所以要先调静态，后再调动态，譬如说设计二级放大电路时，因为即使第一级截止时第二级都可能会有波形输出。

而且静态工作点的位置不好的话，也会导致波形的失真。

这次实验是我通过自身去解决，去分析，去探索的，我从中受益匪浅，也更深入地理解理论。