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电路仿真与PCB设计

上一篇 / 下一篇  2009-04-28 21:17:17 / 个人分类:FPGA设计

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http://blog.ednchina.com/jerryzhang8023/15614/message.aspx现在电子设计技术的核心就是EDA(Electronic Design Automatic)技术。利用EDA技术,电子设计师可以方便地实现IC设计、电子电路设计和PCB设计等工作。

   EDA技术已有30年的发展历程。现在EDA技术应用广泛,包括在机械、电子、通信、航空航天、化工等各个领域,都有EDA的应用。无论是在产品设计、制造方面,还是在科研与教学方面,EDA已成为必不可少的一部分。掌握EDA技术已成为通信电子类专业的学生学习及就业的基本素质。本书所介绍的内容也属于EDA范畴,因此有必要了解一些EDA方面的知识,对于学习这些软件及后续课程会有一定的帮助。

   一、EDA技术的概念

   EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的通用软件系统,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。

   EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。物理级设计主要指IC版图设计,一般由半导体厂家完成;系统级设计主要面对大型复杂的电子产品;而一般民用及教学所涉及基本是电路级设计。我们常用的EDA软件多属于电路级设计。
电路级设计工作,是在电子工程师接受系统设计任务后,首先确定设计方案,并选择合适的元器件,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。其中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、瞬态分析等。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。

   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,有条件的还可以进行PCB后分析。其中包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等,并可将分析后的结果参数反馈回电路图,进行第二次仿真,也称作后仿真。后仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。

   二、 EDA技术的历史与发展

   EDA技术发展历程大致可分为三个阶段。20世纪70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段,人们开始用计算机取代手工操作进行IC版图编辑、PCB布局布线。80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与CAD相比,CAE除了有纯粹的图形绘制功能外,又增加了电路功能分析和结构设计,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。20世纪90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段,同时又出现了计算机辅助工艺(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)等。

   三、 EDA的应用

   现在EDA技术应用广泛,包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、科研和教学部门广泛使用。

   在产品设计与制造方面,EDA 技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB的制作、电路板的焊接、ASIC的设计等。

   在教学方面,我国高校是从九十年代中期开始EDA教育的,现在几乎所有理工科类高校都开设了EDA课程。这些课程主要是让学生了解EDA的基本概念和原理,使用EDA软件进行电子电路课程的实验及从事简单系统的设计。

   四、 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:EWB、PSpice、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence等等。这些工具都有较强的功能,一般可用于几个方面,例如很多软件都可以进行电路设计与仿真,同时也可以进行PCB自动布局布线,可输出多种网表文件与第三方软件接口。下面按主要功能或主要应用场合进行划分。

1 电子电路设计与仿真工具
   电子电路设计与仿真工具包括PSpice、EWB、Matlab、SystemView、MMICAD等。下面简单介绍前两种软件。
(1) PSpice:基于Spice的PC版软件。Spice(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件,1988年被定为美国国家标准。1984年,美国MicroSim公司推出了PSpice。PSpice是一种强大的模拟和数字电路混合信号仿真软件,包括对中规模集成电路(MSI)和大规模集成电路(LSI)提供多种分析功能,而且仿真精度高,在国内普遍使用。
(2)EWB(Electronic Workbench)软件:Interactive ImageTechnologies Ltd在20世纪90年代初推出的电路仿真软件,主要用于模拟和数字电路的仿真。高版本已更名为Multisim。相对于其它EDA软件,它提供了万用表、示波器、信号发生器等虚拟仪器。该软件的界面直观,易学易用。它的很多功能模仿了Spice的设计,分析功能也较强。

2 PCB设计软件
   PCB(Printed—Circuit Board)设计软件种类很多,如Protel、OrCAD、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Winboard/Windraft/IvexSPICE、PCB Studio等等。目前在我国使用最普遍的应属Protel。

   Protel是PROTEL(现更名为Altium)公司在20世纪80年代末推出的CAD工具。它较早在国内使用,普及率很高。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用,现在普遍使用的是Protel 99 SE。它是个完整的全方位电路设计系统,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,可编程逻辑器件设计等功能,并具有Client/Server体系结构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格式。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便。它最具代表性的是电路设计和PCB设计。

3 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。这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。

4 其它EDA软件
(1) VHDL语言:超高速集成电路硬件描述语言(Vhsic Hardware Deseription Languagt,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: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。

   五、 EDA软件的使用

   一般的EDA软件主要实现三项任务:电原理图(简称电路图)的创建、混合信号的仿真及PCB(印刷电路板)制版等。

   一般的流程是先创建电路图,然后进行电路图的仿真,最后将电路图转化(自动或手动)为PCB图。能执行PCB图的仿真的软件比较少。

   本书将介绍几种主要的仿真及设计软件,即PSpice、Multisim及Protel。

   PSpice软件以PSpice 80评估版为蓝本,整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励源编辑、输出绘图等几个子程序组成,每个子程序各有独立的窗口。

   Multisim软件以Multisim 2001教育版为蓝本。该软件提供了万用表、示波器、信号发生器等虚拟仪器。它的分析功能是以Spice为核心的,其自带的分析方法还是很丰富的。

   Protel软件以Protel 99 SE为蓝本,是个完整的全方位电路设计系统,包含了电路图的绘制、混合信号仿真、多层印刷电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成等功能。所有模块都集合在一个窗口里,并具有Client/Server体系结构,同时可与OrCAD、PSpice、Excel等软件相兼容。

   本书简洁地介绍Protel、Pspice及Multisim等三种软件的使用,以及在电子电路仿真与设计方面的应用。三种软件的功能相近,但是各有所长,Pspice、Multisim两种软件主要侧重电路的仿真,Protel软件侧重电路图及PCB图的设计。


TAG: PCB pcb Pcb 电路 仿真 设计

 

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