设计领域的一大革命——CAD 技术

CAD 作为计算机辅助设计（Computer Aided Design）的英文缩写，对设计领域的工作人员来说，已是非常熟悉的了。CAD 技术把计算机的快速运算、优良的数据处理能力与人的创造性思维结合起来，达到缩短设计周期，提高设计质量的目的。CAD 系统是软件和硬件的人机共存系统。CAD 技术主要研究如何利用计算机辅助设计人员进行工程设计和产品设计。自 60 年代以来，CAD技术已广泛应用于各个设计领域。例如机械工程方面的飞机、轮船、汽车的设计，电子工程方面的大规模集成电路的设计、多层印刷电路板的自动布线， 以及公路、桥梁的建筑设计和服装设计等方面。多年的应用结果表明，CAD 技术彻底打破了传统的设计方法，是设计领域的一大革命。

CAD 技术除了设计质量高、设计速度快以外，还具有减少设计工作量、节省研制费用、设计方案易修改、设计自动化程度高、能完成传统设计难以完成和无法完成的任务等等优越性。从 CAD 技术在大规模集成电路设计中的应用可以清楚看到这些优越性。

在过去，传统的电路分析和设计方法主要是靠人工计算和实验分析，先初步设计出一个方案，对它进行计算和分析，如果测出指标不满足设计要求， 就要修改元件参数甚至电路结构，然后再重复进行分析、修正，直到满意为止。这种人工计算和实验模拟的方法设计电路往往要花很多时间，一个不太复杂的电路一般要用上几个月的时间才能找出一个最佳方案。而且用这种传统方法，不可能进行极端条件下（短路、开路）的测试，因为在极端条件下往往会使被测电路遭受损坏。

大规模集成电路是一个十分复杂的电路系统，单片集成度可达 10 万个门电路以上。对于专用集成电路，批量少、品种多，要求设计周期和生产周期尽量短。用传统的方法设计大规模集成电路是根本不可能的，必须依靠 CAD 技术。

目前 CAD 技术已应用于集成电路设计的各个环节，包括逻辑设计、逻辑模拟、自动布局布线、测试方法设计以及电路的故障诊断等。其中，逻辑设计是将所希望的逻辑功能由计算机所能理解的专用语言进行描述并输入计算机中，然后由计算机进行自动逻辑综合，设计出能够完成所希望逻辑功能的最佳逻辑电路。与此同时，由于大规模集成电路的设计过程中，难免不发生设计错误，因此，设计出的电路还必须用计算机进行动态检查，称为逻辑模拟。此时，计算机已成为设计者的“自动检查台”。通过逻辑模拟，检查电路的逻辑功能是否正确，安装后的延迟时间是否符合要求等。经检查合格后， 再由计算机进行自动布局布线设计，最后才能在实际的集成电路芯片上实现。整个设计过程都是由计算机完成的。

另一个例子是 CAD 在汽车制造中的应用。利用传统的方法设计汽车外壳时，设计人员先画出图纸，然后由制模工用木材或塑料按图纸做出汽车模型， 这个模型经设计人员核实后，用靠模的方法作出模具，加工汽车外壳。在此

过程中，汽车外壳的各种性能都由人工计算分析，汽车外壳的美观性只有到模型出来后才能表现出来。制作模型费时又费力，产品更新时，以前的图纸模型都没用处了。

采用 CAD 技术后，设计人员可以用 CAD 系统提供的绘图功能，交互地设计汽车外壳，可以随时进行修改，还可以即时地显示具有光照效果的、真实感非常强的汽车外壳立体图。汽车外壳的性能分析和优化可以由计算机自动地进行。设计成功后，计算机可以很快绘出图纸、打印出分析资料。当需要制造模具时，通过与 CAD 系统装配在一起的计算机辅助制造系统可直接加工出汽车外壳模具，不用再做汽车模型了。

对于产品更新换代频繁的领域，如服装、家电等，利用 CAD 技术更能缩短研究和设计周期，提高产品的竞争力。

近年来，CAD 技术正朝着集成化、智能化和标准化方面发展。集成化就是实现以工程数据为核心的计算机辅助设计、辅助制造和辅助管理一体化。智能化是在 CAD 系统中加入智能专家系统，提高设计自动化的程度。标准化是为便于软件移植，便于不同 CAD 系统间的相互通信，便于应用软件的开发和维护。标准化是 CAD 系统发展的必然趋势。随着 CAD 技术的不断发展，CAD 技术将在各设计领域得到更广泛的应用。