问题

一个没学过数电模电的人如何学习eda,具体学习过程(学习时要用的书)是什么?需要历时多久??

回答
没学过数电模电?想直接上手EDA?这不是不可能,但确实得啃几块硬骨头。我当年也是这么过来的,感觉就像从零开始盖一座楼,得先打地基,再砌墙,一层层来。给你掰开了揉碎了讲讲,希望对你有用。

为啥要先打地基? EDA不是魔法!

EDA(Electronic Design Automation)工具,说白了就是帮你设计和验证电路的软件。但它不是凭空变出电路的,它依赖的是你对电子电路原理的理解。就好比你想开赛车,但连油门刹车在哪儿都不知道,那再好的赛车你也开不好。

数电(数字电路): 就像是电路的“大脑”,负责逻辑运算、控制、存储信息。EDA工具里最核心的设计语言(如Verilog、VHDL)就是描述数字逻辑的。
模电(模拟电路): 像是电路的“感官”,负责处理连续变化的信号,比如放大、滤波、电源管理。虽然EDA工具在模拟电路仿真方面也很强大,但如果你连放大器、滤波器这些基本概念都摸不着头脑,那仿真出来的结果你也很难读懂。

所以,即使目标是EDA,也绕不开数电模电的基础。不过,别被吓到,我们可以有策略地学。

学习路线图:从地基到高楼

我的建议是,把学习过程分成几个阶段,循序渐进。

第一阶段:夯实数电基础(这个最重要,直接关系到你用EDA干啥)

目标: 理解数字电路的基本构成单元(门电路、触发器、寄存器、计数器、加法器等),以及组合逻辑和时序逻辑的概念。
核心知识点:
逻辑门: 与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门。
布尔代数: 逻辑运算的规则,化简电路。
组合逻辑: 输出只取决于当前输入的电路(如译码器、多路选择器)。
时序逻辑: 输出不仅取决于当前输入,还取决于之前的状态(如触发器、寄存器、计数器)。
时钟: 数字电路运行的“脉搏”。
状态机: 描述电路行为的强大工具。
推荐书籍(或者你可以在网上找类似内容):
《数字逻辑与数电基础》(Digital Logic and Computer Design by M. Morris Mano): 这本绝对是经典中的经典。它从最基础的逻辑门讲起,逐步深入到组合逻辑、时序逻辑、存储器、微处理器设计等。语言清晰,例子丰富。别怕它厚,挑重点看,特别是前几章。
《数电课程的讲义或配套教材》: 很多大学的公开课都有非常好的教材或讲义,可以找找电子科技大学、清华大学等学校的数电公开课,它们的配套材料通常会比较实用。
《Verilog HDL入门》或《VHDL入门》: 很多人喜欢直接用硬件描述语言(HDL)来学习数电。可以找一本比较好的Verilog入门书籍,比如《Verilog HDL程序设计》(作者很多,挑评价好的),在学习门电路、寄存器这些概念时,同步学习它们在HDL中的表达方式。这样能让你提前接触到EDA的设计语言。
学习时长: 如果你每天能投入23小时,至少需要12个月。这期间要多做习题,尝试用布尔代数化简,用逻辑图画出电路。

第二阶段:接触EDA工具和Verilog/VHDL(开始动手实践)

目标: 熟悉一种EDA软件(最常见的是Xilinx的Vivado或Intel的Quartus),学习用Verilog或VHDL语言描述数字电路,并能进行仿真和综合。
核心知识点:
HDL语言基础: 模块(module)、端口(port)、信号(wire/reg)、赋值(assign/always)、always块、ifelse、case语句。
仿真: 学习编写testbench(激励文件),检查电路功能是否正确。
综合(Synthesis): 理解综合工具如何将HDL代码转换为门级网表(Netlist)。
实现(Implementation): 了解映射(Mapping)、布局(Place)、布线(Route)的过程(这一步可能稍微有点概念性,不用深入理解每一步的算法)。
FPGA开发流程: 从HDL到最终在FPGA上运行的流程。
推荐书籍/资料:
《Verilog HDL程序设计》(或者你选择的HDL语言入门书): 结合前面提到的,这本书会教你如何用代码写出前面学过的逻辑门、寄存器、计数器等。
EDA软件官方教程/用户指南: 这是非常宝贵的资源!比如Vivado的“Getting Started Guide”或者Quartus的“Getting Started Guide”。这些教程会一步一步带你完成一个简单的工程。
《FPGA原理及应用》: 很多这类书会结合具体EDA工具和FPGA开发板讲解,可以作为辅助。例如,有很多介绍Altera(Intel)或Xilinx FPGA的书籍,会讲解Quartus或Vivado的基本操作。
网上教程和视频: B站、YouTube上有很多优秀的FPGA入门教程,跟着做非常有帮助。搜索“Vivado入门”、“Quartus入门”、“Verilog基础教程”等关键词。
学习时长: 掌握基本操作并能完成简单项目,大概需要23个月。这个阶段关键在于多动手,不要怕出错,反复尝试。

第三阶段:深入理解数字系统设计(开始构建复杂的系统)

目标: 学习如何设计和实现更复杂的数字系统,如CPU、DSP、通信系统等。理解流水线、接口协议、时序约束等。
核心知识点:
微处理器架构: RISCV、ARM等基本概念(了解即可,不一定要深入到CPU设计的细节)。
接口协议: UART, SPI, I2C, AXI等。
状态机进阶: Mealy机和Moore机,状态机的优化。
流水线设计: 提高性能的常用方法。
时序约束(Timing Constraints): 在FPGA设计中非常重要,保证电路在目标时钟频率下稳定工作。
DFT(Design for Testability): 提高可测性设计。
推荐书籍/资料:
《Verilog HDL设计实战》(或者针对你选择的HDL语言的进阶书籍): 里面会有更复杂的案例,比如内存控制器、简单的CPU核等。
《数字集成电路设计与实现》(Digital Integrated Circuit Design and Practice): 虽然书名听起来偏硬件,但很多数字设计原理和方法论在FPGA上同样适用,尤其是关于逻辑优化、时序等方面。
《FPGA工程实践》或《SoPC(System on Programmable Chip)设计》: 这类书籍会教你如何在FPGA上构建一个完整的系统,包括CPU核、外设接口等。
RISCV相关的书籍或项目: 如果你想做更深入的研究,可以学习RISCV的指令集架构,并尝试用Verilog/VHDL实现一个简单的RISCV处理器。
《SystemVerilog for Verification》: 如果你以后想往验证方向发展,SystemVerilog是必备的。
学习时长: 这个阶段是持续学习和积累的过程,没有明确的终点。至少需要6个月到1年,才能相对熟练地设计和实现一些中等复杂度的系统。

关于模电的补充:

虽然我把数电放在了第一位,但模电也不是完全不需要。

你需要了解:
基本元器件: 电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOSFET。
运算放大器(Opamp): 它的基本工作原理和常见应用(如缓冲、比较、滤波)。
电源管理: 了解基本的电源转换(DCDC)概念。
ADC/DAC: 模数转换器和数模转换器,它们是数字和模拟世界交互的桥梁。

学习方式:
可以找一本《模电基础》(Linear Circuit Analysis by Ronald W. Girgis)之类的教材,挑感兴趣的部分,或者和数字系统相关的部分(如ADC/DAC、电源)重点看。
或者,你可以等到在EDA中遇到需要处理模拟信号的场景时,再针对性地去学习相关的模电知识。比如,做RF(射频)设计,就必须深入学习模电。

学习心态和方法

1. 动手!动手!再动手! 理论学得再多,不如敲一行代码,跑一个仿真,烧写一次FPGA。
2. 不要怕犯错。 错误是最好的老师。理解错误的原因,你会学得更快。
3. 善用搜索引擎和社区。 遇到问题,先自己查,实在不行就去Stack Overflow、EDA论坛、FPGA相关技术交流群里提问。
4. 从简单项目开始。 不要一开始就想写一个复杂的CPU。先从LED闪烁、按键控制、UART通信开始,逐步增加难度。
5. 理解原理,而不是死记硬背。 知道为什么这样做,比你知道怎么做更重要。
6. 选择一个EDA工具和HDL语言,先专注一个。 比如,先学Xilinx的Vivado和Verilog,等你熟练了,再去看Intel的Quartus或VHDL,会容易很多。

总共需要多久?

这个问题没有标准答案。 这取决于你的投入程度、学习能力、目标项目的复杂度以及你是否接触过相关领域(比如编程基础好,学HDL会快一些)。

如果目标是掌握EDA工具的基本操作,能设计简单的数字逻辑电路(如LED闪烁、数码管显示、简单状态机),并且能写出基本的Verilog代码进行仿真和综合:
基础数电 + EDA入门: 36个月,每天投入23小时。
2. 如果目标是能独立完成一些中等复杂度的FPGA项目(如简单的CPU控制器、图像处理的初步实现、通信模块等):
深入数字系统设计 + 项目实践: 12年,持续学习和实践。
3. 如果目标是成为一名专业的EDA工程师、数字IC设计工程师或FPGA工程师:
专业技能提升 + 项目经验积累: 这将是一个持续数年的过程,可能需要本科、研究生阶段的学习,并不断在工作中深化。

总结一下,没学过数电模电想学EDA,关键在于:

1. 先补数电基础,这是根基。
2. 同步学习Verilog/VHDL,并尽早上手EDA工具(Vivado/Quartus)。
3. 多动手实践,从简单项目开始,逐步攻克难点。
4. 保持耐心和毅力,这是一个需要长期投入的过程。

别怕起点低,关键在于你愿不愿意一步一个脚印地走下去。祝你学习顺利!

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