ЕCAD – Electronic Computer-Aided Design.

Системные среды ЕCAD – средства, составляющие системную среду, помогающие разработчикам в использовании имеющегося программного обеспечения (ПО) САПР, их называют HDL Add-In Tools. Среди них выделяют средства, выполняющие следующие функции:

1. Интеграция ПО, т.е. обеспечение интероперабельности между различными прикладными программами;

2. Управление версиями и конфигурацией проекта, т.е. контроль целостности проекта;

3. Реализация в имеющемся ПО определенных проектных операций с помощью языков расширения;

4. Генерация моделей и управление библиотеками;

5. Преобразование данных о схемах из одного представления в другое, например, графических диаграмм или списков цепей в файлы на языках проектирования Verilog или VHDL;

6. Отладка моделей, контроль ошибок, визуализация формы сигналов и т.п.

Синтез проектных решений- типичный маршрут разработки электронных устройств включает этапы системного, функционального и конструкторского проектирования. Рад ведущих фирм – разработчиков ECAD предлагает средства, покрывающие полный маршрут проектирования. К их числу относятся Synopsys, Cadence Design Systems, Mentor Graphics. На системном этапе формулируются требования к функциональным и схемным характеристикам, разрабатываются алгоритмы, реализуемые в проектируемом устройстве, и структурные схемы. Алгоритмы представляются на языках проектирования аппаратуры (HDL – Hardware Description Language) и выражают поведенческий аспект проектируемого изделия. Поведенческие описания представляют собой исходное задание на функциональное и логическое проектирование. Этапы функционального и логического проектирования поддерживаются в ECAD рядом программ синтеза и моделирования. Функционально – логическое проектирование осуществляется в ECAD с помощью программ – компиляторов логики.

Верификация проектных решений. Верификация (проверка) функциональных и логических схем выполняется с помощью программ моделирования. Верификация требуется после основных проектных операций синтеза и выполняется программами, ориентированными соответственно на уровни системный (архитектурный), регистровых передач или вентильный. На системном уровне используются высокоуровневые модели, выражающие на языках «С» и VHDL алгоритмы, подлежащие реализации и проектируемом устройстве. Проверяется корректность заданных алгоритмов. Далее в цикле проектирования последовательно создаются и используются модели регистрового и вентильного уровней сначала для отработки схем блоков, выявления в них и устранения грубых ошибок, затем для проверки общей схемы взаимодействия блоков с учетом временных задержек. После этапа топологического проектирования моделирование повторяется уже с учетом уточненных задержек, обусловленных паразитными параметрами межсоединений. Для определения значений параметров схемы, получившихся после топологического проектирования, используют специальные программы уточнения задержек, возможно применение и программ аналогового моделирования, например, в ECAD от Mentor Graphics такими программами являются IC Verify и Accusim. Учет задержек возможен в рамках статического или динамического временного анализа. Пример программы статического анализа – Pearl для вентильного и транзисторного уровней, пример программы динамического анализа - TimeMill, используемый на поведенческом, вентильном, переключательном и транзисторном уровнях.

Конструкторское проектирование. Основой ПО конструкторского проектирования являются средства топологического проектирования, среди которых выделяют программы разработки топологии кристаллов свехбольших интегральных схем (СБИС), многокристальных СБИС и печатных плат. Конструкторское проектирование СБИС включает ряд процедур. Компоновка заключается в группировании компонентов по критерию связности. Далее следуют процедуры размещения компонентов, трассировки соединений, сжатия, проверки соответствия топологической и принципиальной схем, подготовки информации для генераторов изображений. Трассировка состоит из фаз глобальной, во время которой намечается положение трасс, и детальной, которая, в свою очередь делится на канальную и локальную. Канальная трассировка служит для конкретизации положения трасс в каналах, а локальная для проведения соединений между каналами и контактами компонентов. Сжатие топологии выполняется во всех направлениях и позволяет уменьшить занимаемую схемой площадь. Для каждой из процедур конструкторского проектирования имеется свое ПО. Среди ПО печатных плат для платформы Wintel используются системы OrCAD, P-CAD и программа SPECCTRA. С помощью редакторов, имеющихся в OrCAD, выполняется интерактивное проектирование печатных плат, поскольку в состав системы входят также средства для анализа и оптимизации электронных схем и проектирования устройств на ПЛИС. С помощью P-CAD 200* выполняется полный цикл проектирования печатных плат, включая интерактивное размещение компонентов, трассировку проводников и выпуск документации. SPECCTRA – одна из наиболее мощных программ проектирования печатных плат, может выполнять размещение и трассировку как в интерактивном, так и в автоматическом режиме. С помощью ПО конструкторского проектирования РЭА должны решаться также задачи механической прочности, разводки кабелей, анализа тепловых режимов. Поэтому в САПР Pro/ENGINEER фирмы РТС включены дополнительные модули Pro/ECAD (подложки, отверстия, размещение) Pro/CABLING (3D кабели). Примерами программ анализа тепловых режимов могут служить программы Auto Therm (используется для расчета тепловых режимов на уровне печатных плат) и FLOTHERM (применяется на более высоких иерархических уровнях в конструкциях РЭА, позволяет принимать обоснованные решения по размещению конструктивов и вентиляторов). С помощью программы Асоника проводятся расчеты конструкций РЭА на вибропрочность и выполняется тепловой анализ.

Схемотехническое проектирование. Программы анализа электронных схем применяют при проектировании принципиальных электрических схем электронных устройств в различных приложениях, а в случае проектирования СБИС – при отработке библиотек функциональных компонентов СБИС. Мировым лидером в области автоматизации схемотехнического проектирования считается программа Spice, в которой выполняется статический, динамический и частотный виды анализа, смешанное логико–аналоговое моделирование, температурный (с индивидуальными значениями температуры по приборам) и шумовой анализы, спектральный анализ, максимизация быстродействия (оптимизируется до 8 параметров). В логической части реализовано событийное моделирование, выявляются риски сбоя, рассчитываются зависимые от нагрузки задержки. Программа характеризуется богатым набором математических моделей элементов. К числу программ аналогового и смешанного моделирования относятся Saber Mixed-technology Simulator, Continuum, Viewanalog ICAP/4Window. Программа ПА7 в которой наряду с видами анализа, обычными для программ анализа электронных схем, реализовано моделирование механических, гидравлических, тепловых процессов, в версия ПА9 ориентирована на использование в распределенных системах проектирования. Схемотехническое проектирование радиотехнических схем отличается рядом особенностей математических моделей и используемых методов, особенно в области СВЧ диапазона. Для анализа линейных схем применяют методы расчета полюсов и нулей передаточных характеристик, моделирование стационарных режимов нелинейных схем выполняют с помощью методов гармонического баланса. Программы анализа радиотехнических схем и их функций: Spectre, TESLA (выполняет спектральный анализ, нелинейное аналоговое и цифровое моделирование телекоммуникационного оборудования), Spectre/XL (моделирование нелинейных устройств типа смесителей и приемников), GENESYS (проектирование радио- и СВЧ устройств, электромагнитное моделирование, синтез схем).

Компонентное (приборное) технологическое проектирование. Предназначено для проектирования компонентов (приборов). Выделяют вертикальное проектирование, касающееся диффузионного профиля (формирования областей в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла), и горизонтальное (формирование вида интегрального прибора в поверхностной плоскости). Компонентное проектирование называют также физическим, относя к нему процедуры экстракции параметров спроектированных межсоединений. Моделирование технологических процессов изготовления СБИС относят к технологическому проектированию, поддерживаемому соответствующими программами ECAD.

Специальные применения:

· Программы семейства Omega PLUS - служат для определения формы сигналов в конструкциях с печатными платами, кабельными соединениями, микрополосковыми линиями и для расчета задержек с учетом паразитных емкостей и индуктивностей.

· Программа ANSYS включает подсистему EMAG для моделирования электромагнитных полей.

· В программе EMSight реализован метод моментов для анализа планарных структур.

· В программе Full Wave реализован анализ электромагнитных полей методом конечных элементов.

· В программе COLOMB выполняется решение задач электростатики методом граничных элементов.

· OPNET – позволяет осуществлять иерархическое моделирование на уровнях процессов, узлов, сетей с беспроводными, двух- и многоточечными соединениями, спутниковыми каналами, мобильными каналами.

· COMNET III – предназначена для интерактивного моделирования работы локальных и территориальных вычислительных сетей.