原创 【转】电子电路仿真设计与制版软件综述

提到电子设计自动化，还得从上世纪80年代，世界上许多公司相继推出用于微机系统的电子CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)软件说起。世界上许多公司为了自己的CAD软件能在激烈的市场竞争中占有一席之地，纷纷推出具有自己公司特色的CAD软件，经过多年的实践检验、不断修改和完善，或优存劣汰，或收购兼并，或强强联合，CAD技术已日臻成熟。CAD是一种通用技术，除了在机械、建筑等其它许多行业得到广泛应用之外，借助美国加洲大学伯克利分校的SPICE3.5/XSPICE作为仿真引擎，世界上许多公司还推出各种用于电子行业的优秀EDA软件；从另一个角度讲，CAD(计算机辅助设计)是电子设计的物理级初级阶段；CAE(计算机辅助工程)是电路级设计阶段；EDA(电子设计自动化)是高级的电子系统设计阶段。衡量一个软件的优劣，其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率，也就是它的普及和流行程度。正如鲁迅先生所说：“其实地上本没有路，走的人多了，也便成了路。” 说到EDA软件，美国Cadence公司的OrCAD、加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB、澳大利亚Altium公司的PROTEL、美国Mentor Graphics公司的PADS都是其中有代表性的佼佼者。

一  美国Cadence公司的OrCAD软件
    Cadence公司的OrCAD 软件，是世界上应用最广的EDA软件之一，是EDA软件中一个比较突出的代表。OrCAD软件功能强大，而且它的界面友好、直观，在国外使用广泛，欧美地区有相当数量的电子工程师都在使用它。由于OrCAD软件进入我国时间比较晚，但随着我国电子行业飞速发展，使用OrCAD软件的用户呈逐年增长的趋势。从早期版本工作于DOS环境的OrCAD 4.0，发展到现在最新的OrCAD 10.5，OrCAD软件集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字/模拟电路仿真、可编程逻辑器件设计等等功能，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EDA软件的首选。Cadence公司已成为世界上最强大的开发EDA软件的公司之一。 OrCAD软件系统中主要包括：OrCAD /Capture CIS（电路图设计）；OrCAD /PspiceA/D（数/模混合模拟）；OrCAD /Layout Plus(PCB设计)等，其中每一个部分可以根据需要单独使用，又可以共同组成完整的EDA系统。
    OrCAD软件系统的几个主要软件的功能及特点：

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2. OrCAD /Capture CIS： 它是OrCAD软件包中的共用软件，也是其它两个软件的基础。它是一个功能强大的电路原理图设计软件。除了可以生成各类电路原理图外，与其它电路图绘制软件相比，Capture CIS软件中还有明显特点的元器件信息系统模块CIS(Component Information System)。该信息系统模块除了可以对元件库中4万多种元器件实施高效的管理以外，还具有ICA(Internet Component Assistant)功能，可以在设计电路图的过程中，通过Internet网上其它元器件数据库中查阅到百万多种元器件，并可以根据绘图需要将它们调入电路图或添加到自己的库文件中；用Capture软件绘制的电路图完成成后，还可以直接调用OrCAD /Pspice软件进行仿真，也可以进入OrCAD /Layout Plus软件进行制板设计；OrCAD /Capture CIS操作界面友好、直观形象、使用方便；操作功能强大、灵活，项目管理科学有效，适应性很强，支持国际上多种标准。
   
3. OrCAD / PspiceA/D：这是一个通用电路模拟软件，除了对数字电路和数/模混合电路模拟外，还具有优化设计的功能。该软件中的Probe模块，相当于一台“虚拟示波器”不但可以在模拟结束后显示结果信号波形，而且可以对波形进行各种运算处理，包括提取电路特性参数、分析电路参数与元器件参数的关系，使分析过程更加方便直观。
   
4. OrCAD /Layout Plus：这是一个印制电路版PCB设计软件，可以直接将生成的电路图通过手工或自动布局布线方式转为PCB设计。OrCAD /Capture软件具有高水平的设计指标：可设计的最大电路板尺寸为68(英寸)2；层次可达30层；布线最高分辨率为1微米；放置元器件时旋转角度可精确到1分。另外还有自动推挤、矩阵布局、智能化敷铜、与多种PCB设计软件可进行数据交换，包括与多种机械 CAD软件交换数据，生成3维轮廓图形等功能。它的元器件封装库非常丰富，并且可以通过库管理器(Library Manager)对封装库进行编辑、修改和添加新的封装，OrCAD /Layout Plus软件在PCB制板界以其功能强大著称，是一款名副其实的高档、专业PCB设计EDA软件。

 二  加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB软件    
    EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies(IIT)公司于1988年推出的颇具特色的EDA软件。它以其界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，早在上世纪90年代就在我国得到迅速推广，许多大专院校把EWB5.0编入教材，作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。跨入21世纪初，将EWB5.0版本更新换代推出EWB6.0，并更名为Multisim2001，2003年升级为Multisim7，2005年发布Multisim8.0，其功能已十分强大，能胜任电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路、RF电路、电力电子及自控原理等各方面的虚拟仿真；并提供多达18种基本分析方法。目前，加拿大IIT公司官方网站还在不断发布Multisim10，已求尽善尽美。
电子仿真软件Multisim7的主要特色功能有以下一些：

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2. 基本界面左侧有两列共23个元件箱，分门别类地集中了各种仿真元件可供调用；右侧有17种虚拟仪器可不受数量限制调用；中间是电路的搭建和仿真操作平台。
   
3. Multisim9软件提供的15种电路基本分析方法。
   
4. Multisim软件有几款其它任何仿真软件所没有的虚拟仪器，如“4踪示波器”、“实时测量探极”可以在线动态测量电路各节点的电压、世界顶尖跨国公司安捷伦公司测量仪器：“安捷伦函数信号发生器”、“安捷伦6位半数字万用表”、“安捷伦示波器” ，这三台仪器的面板、旋钮操作和实际安捷伦仪器完全一样。

三  制版软件Ultiboard7简介
    作为MultiSIM技术的另一方面，加拿大IIT公司还向用户提供配套制版软件Ultiboard7。用Multisim7进行仿真设计后的电子电路内容可以直接无缝链接到Ultiboard7进行印制电路板的设计。制版软件Ultiboard7的一个明显优点就是它的元件封装库十分丰富，针插式元件封装有4000多种，是Protel元件封装文件PCB Footprints.lib中的10多倍，一般情况下总能从其大量的封装形式中直接找到合适的元件封装，免去修改和创建元件封装之苦。但要娴熟掌握它的PCB设计规则、自动布线等操作是要下一番功夫的，加上软件的获取、资料的匮乏在一定程度上限制了它的推广。但业余条件下用Ultiboard7进行制作简单电路印制板，可以不受它的设计规则约束，用直接手工元件布局和绘线，因其元件封装库丰富，仍不失为一种简捷方便的制版选项。

四  澳大利亚Altium公司的PROTEL软件
     Protel集电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成等功能于一身。它具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、有丰富的原理图元件库、极其全面的工具、文档及设计项目的组织能力，Protel软件的良好信誉以及它的卓越表现，很快成为了众多EDA用户的首选和喜爱软件，Protel软件资源丰富，而且学习和入门比较容易，非常适合初学者设计一些相对简单的电路和制版。
    Protel公司后来又推出Protel 99 SE(Second Edition)，主要是在PCB制版方面增加了一些更实用的功能。现在Protel公司已经改名为Altium公司，跨入新世纪后，Altium公司推出Protel DXP。Protel DXP是新一代的板级电路设计系统，与Protel 99 SE相比，除功能更加完备以外，其界面风格更加成熟、更加灵活，尤其在仿真和PLD电路设计方面进行了改进。由于它的功能强大、设计严谨、对操作系统有要求，给初学者入门带来了一定的难度，另外还可以仿真电路。

五  美国Mentor Graphics公司的PADS软件
     PADS(Personal Automated Design Systems个人自动设计系统)软件是美国Mentor Graphics公司的产品。PowerLogic5.0是一个功能强大、多页的原理图设计输入工具，具有在每页进行快速存取、在线元件编辑、库管理方便简洁等特点，所有这些都为PowerPCB提供了高效的电路板设计环境，提高了由原理图设计链接到PCB制版的转化效率。
    PowerPCB5.0是一个复杂的、高速印制电路板设计软件。它具有快速交互布线编辑器(FIRE)，它的这一功能在众多的交互布线模式中独树一帜，由于FIRE采用强大功能的算法，布线完成后很少需要用户修改调整，可以使用户在布线时节省大量时间，提高效率。对表贴元件等细小焊盘间距、对高速布线的约束条件设定、对图形用户界面的定制等方面功能， PowerPCB5.0软件都是无可挑剔的。由于PowerLogic5.0和PowerPCB5.0两软件运行速度快，加之功能强大，有些简单的操作可以实现复杂的功能、快捷键方便、视窗宽等优点。

六  关于EDA软件的选用和业余制版注意事项

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2. 每个EDA软件，都有自己的特色。在具体选择用哪个EDA软件最好，就要看你的用途。就从事专业PCB设计而言，你不妨选择PowerPCB和OrCAD，PowerPCB更适合设计专业的、高级复杂的电路，OrCAD仿真和制版功能都很强，是高端电路设计和制版的主流工具之一，但它的元件封装比较麻烦；如果你是初学者，不妨建议你选择Protel DXP。由于Protel进入我国市场早，普及率高，尤其是书籍参考资料多，特别适合初学者。目前国内相当数量群体在使用Protel 从事电路设计和制版，国外的图纸则大都用OrCAD设计。
   
3. EDA软件选用还有地域因素影响，比如台湾省的电子工程师设计PCB一般用PowerPCB和OrCAD，台商在江浙、上海一带有许多合资企业，广东、深圳一带南方用PowerPCB和OrCAD设计PCB就普及，北方可能比较喜欢使用Protel设计PCB，但随着时间推移，PowerPCB和OrCAD设计PCB将会越来越流行普及起来。
   
4. EDA软件选用还跟个人喜好、兴趣、习惯有关，其实任何一款优秀的EDA软件只要用习惯了，精通了，你就是某方面的人才、高手。当然有志将来到广东、深圳、上海等南方地区去发展的学子，就要优先选学OrCAD或PowerPCB，或多学几种，以满足企业厂家的招聘需求。
   
5. EDA软件选用还要考虑本地区制版厂家所能支持加工的PCB文件格式，用Protel设计的PCB文件，只要是制版厂家，那怕规模再小，一般都能加工用Protel设计的电路板。
   
6. 关于选用电子电路的仿真软件，除了OrCAD仿真功能非常强大和理想以外，Multisim9也是一款非常优秀的EDA软件。了解和掌握这款最新的优秀EDA软件用法。

七  电子线路的设计过程
    EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。  EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。