第一章(上篇)电子电路CAD概述

第一篇电子电路CAD技术概述什么是计算机辅助设计？（Computer-AidedDesign,简称CAD)是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理功能，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而成的一门新兴科学。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计以是现代工程设计的迫切需要和发展趋势。CAD技术CAD技术的应用工程设计中的应用电子电路中的应用仿真模拟和动画制作制造业中的应用其他应用……制造业中的应用主要用于机床、汽车、飞机、船舶、航天器、兵器等产品的设计过程中。产品设计过程——概念设计、详细设计结构设计和优化、仿真模拟等几个阶段。CAD应用系统——设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能的集成。较常用软件：图形工作站平台——UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等。PC平台——Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD及在其为基础上开发的其它国产软件最为流行。工程设计中的应用建筑设计—方案设计、构造设计、三维造型、平面布景、小区规划、日照分析、室内装潢等结构设计—有线元分析、结构平面分析、高层结构分析、基础设计、钢结构设计及加工等设备设计—包括水、电、暖各种设备和管道设计城市规划—城市道路、高架、轻轨、地铁等市政管线设计—自来水、污水排放、煤气、暖气、通信等交通工程设计—公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头等水利工程设计—大坝、水渠、河海工程等其他设计及管理—房地产开发及物业管理、施工控制及管理、旅游景点设计及布置、智能大厦设计等仿真模拟和动画制作仿真模拟——机械零件的加工处理过程飞机起降船舶的进出港口物体受力破坏分析飞行训练环境作战仿真系统事故现场重现电影动画制作——利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外行人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合成在一起。其他方面应用轻工业中—轻工机械、化妆、洗涤用品、盛器的设计、三维造型、模具设计及包装平面设计。纺织行业中—印花提花设计、服装CAD及排料、裁剪设计、制鞋造型。家电产品设计和模具技术医药中分子键结构分析、医疗器械及辅助医疗手术体育模拟训练日常生活中—发型设计、婚纱摄影等电气和电子电路方面的应用—大、中、小规模集成电路设计及制造—电气及电路原理图设计—印刷电路板图设计（布线及元器件布局）—逻辑性能和电路性能的模拟—电路故障模拟CAD技术的发展历程1、准备和诞生时期（20世纪50~60年代）2、蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代）3、广泛应用的时期（20世纪70年代）4、突飞猛进的时期（20世纪80年代）5、日趋成熟的时期（20世纪90年代）该时期发展主要体现在：系统的标准化系统的智能化系统的集成化科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术CAD系统的硬件构成计算机平台大容量存储设备图形输入设备图形输出设备通信与网络设备EDA技术什么是电子设计自动化？（ElectronicDesignAutomation,简称EDA)是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，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。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。EDA技术•现在对EDA的概念或范畴用得很宽。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、企事业单位和科研教学部门广泛使用。这里所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。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：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim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，同时还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。按照主要应用场合，分为：电子电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。EDA常用软件电子电路设计与仿真工具•电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICADLiveWire、Edison、TinaProBrightSpark等。下面简单介绍前三个软件。EDA常用软件•SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）：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，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。EDA常用软件•multiSIM软件：是InteractiveImageTechnologiesLtd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果。•并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。同时它还能进行VHDL仿真和VerilogHDL仿真。EDA常用软件•MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。•MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；图形用户界面设计等。•MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。EDA常用软件PCB设计软件•PCB（Printed-CircuitBoard）设计软件种类很多。如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、nboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。EDA常用软件•Protel软件•Protel是PROTEL公司的CAD工具，是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率最高，在很多的大、中专院校的电路专业还专门开设Protel课程，几乎所在的电路公司都要用到它。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（包含印刷电路板自动布局布线），可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务体系结构），同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。Protel软件功能强大（同时具有电路仿真功能和PLD开发功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。Altium-ProtelDXPEDA常用软件•ORCAD：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的界面友好且直观，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EAD软件中的首选。ORCAD公司在与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于WINDOWS环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。ProtelDXP的发展过程NICKMARTIN联合CEO和创始人Altium（奥腾）公司（前称ProtelTechnology公司）——1985年在澳大利亚的霍巴特成立，现总部设在悉尼，全球员工约300人，目前的生产线包括：nVisage、Protel、P-CAD、TASKING、和CAMtastic。Altium公司的客户包括IBM、NASA、Motorola、Hewlett-Packard、Canon、Fujitsu、Bosch、Siemens、Delphi、NEC、Sony、BMW、Alcatel、Daimler-Benz、Philips、CSIRO、Nokia以及Telstra等公司。•Altium（前称ProtelInternationalLimited）奥腾有限公司1985年成立之初是来开发基于计算机的软件来辅助进行印制电路板（PCB）设计。(TANGO——美国ACCELTechnologies公司，于1988年推出。)公司所推出的第一套dos版本pcb设计工具被澳大利亚电子行业广泛接受。•Altium公司于1991年发行了世界上第一套基于windows的PCB设计系统AdvancedPCB。在接下来的数年里，Altium公司也开始建立了EDA软件的创新开发商的地位。ProtelDXP的发展过程•1997年，Altium公司意识到将所有核心EDA软件工具合并成集成软件包的需求。于是，Altium公司发布了Protel98，是第一套包括并集成所有5套核心EDA工具——原理图输入、可编程逻辑设备（PLD）设计、仿真、板设计和自动布线。此后于1999年又推出了Protel99，以及2000年第二次修正版Protel99SE，进一步集成了设计工具，并增加了“DesignExplorer”平台，这使电子设计的所有方面实现无缝集成——设计工具、