电子电路CAD讲义.ppt

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1、,电子电路CAD讲义,蒋俊华物理与电子学院2011年02月15日,课程的特点及学习目的,课程的特点,课程实践性强、熟练计算机的操作、掌握电子电路基础知识（电路分析、模电、数电等）,学习目的,能运用所学的知识完成简单的数模电路的分析与设计,掌握软件的基本使用，掌握电路图的绘制,掌握软件各种仿真分析（时域分析、直流扫描分析、交流分析、静态工作点分析等）的特点、用途及设置方法，并运用于电路的分析,掌握PCB板的基本绘制,考核方式,课程设计+课程论文选择给定的题目或者自选题目,课程内容,本课程以OrCAD软件为基础，介绍电子电路的设计方法，包括电路原理图的绘制、电路特性分析、波形显示、逻辑模拟和数模混

2、合模拟、优化设计和电路印制板的设计。在课程期间，将会穿插一些实际的电路设计例子，如光控报警电路、测谎仪、简单收音机、扩音器、施密特触发器、振荡器以及全国大学生电子设计大赛的部分设计等等。,课程分解,第一章：概论，主要介绍电子电路设计的相关知识以及 CAD软件第二章：基本电路图的绘制及后处理第三章：电路图的高级编辑及后处理第四章：A/D基本分析第五章：半导体元件的基本分析及放大电路的设计第六章：AA高级分析第七章：波形显示及电路优化设计,第八章：逻辑模拟和数/模混合模拟电路的分析第九章：简单电路设计第十章：建立元件模型第十一、十二章：Pcb的设计及后处理第十三章：总结,主讲教材：,主要参考书目：

3、,电子电路CAD技术-基于OrCAD9.2贾新章等 西安电子科技大学出版社电子电路CAD与OrCAD教程 王辅春主编 机械工业出版社电子电路设计与实践 姚月安主编 山东科技出版社PSpice与电子器件模型 赵雅兴主编 北京邮电大学出版社,基于OrCAD16.0的电子电路分析与设计 谭阳红、蒋文科 国防工业出版社,第一章 概述,1.1 电子电路cad技术的概念1.2 电子电路设计的基础1.3 电子电路设计的原则1.4 国内外的电子电路设计软件1.5 orcad软件的基本知识,1.1 电子电路CAD技术,电子电路设计电子电路设计的三种形式,电子电路设计,所谓电子电路设计，就是根据给定的功能和特性指

4、标要求，通过各种方法，确定采用的电路拓扑结构以及各个元器件的参数值。有时还需进一步将设计好的电路转化为印刷电路板版图设计。要完成上述设计任务，一般需经过设计方案提出、验证和修改（若需要的话）三个阶段，有时甚至要经历几个反复，才能较好地完成设计任务。,电子电路设计的三种方式,1 人工设计 方案的提出、验证和修改都是人工完成的。其中方案的验证采用搭接实验电路的方式进行,2 计算机辅助设计CAD是以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓补、逻辑优化和人工智能理论等多学科的最新科技成果而研制成的电子电路CAD通用支撑软件和应用软件包，其目的在于帮助电子设计工程师开发新

5、的电子系统与电路、Pcb、IC、FPGA、CPLD等产品，实现在计算机上调用元器件库、连线画图、编辑激励信号文件、确定跟踪点、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。,3 电子设计自动化EDAEDA技术是在电子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版图的整个过程都在计算机上自动处理完成。EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB

6、设计、PLD设计和IC设计。,1.2 电子电路设计的基础,电子系统的分类模拟电子系统设计的一般方法数字电子系统设计的一般方法,1.2.1 分类,电子系统是指由一组电子元件或基本电子单元电路相互连接、相互作用而形成的电路整体，能按特定的控制信号，去执行所设想的功能。一般按电子系统所处理加工完成信号的不同，可分为模拟电子系统、数字电子系统和数字模拟混合电子系统。,模拟电子系统,主要功能是对模拟信号进行检测、处理、变换和产生。模拟信号的特点是，在时间和幅值上均是连续的。在一定的动态范围内可能任意取值。这些信号可以是电量（如电压、电流等），也可以是来自传感器的非电量（如应变、温度、压力、流量等）。组成

7、模拟电子系统的主要单元电路有放大电路、滤波电路、信号变换电路、驱动电路等。,低频扩音系统框图,模拟系统设计重点之一是信号源与输入单元的匹配和输出单元和负载的匹配。输入单元要考虑输入阻抗匹配以提高信噪比，要抑制各种信号的干扰和噪声。而输出单元与负载的匹配，如与扬声器、发射天线的匹配，主要是为了输出最大功率和提高效率。,数字电子系统,由若干数字电路和逻辑部件组成，处理及传送数字信号的设备称为数字系统。数字信号是人为地抽象出来的信号，其特点是不随时间作连续变化。一个复杂的数字电子系统可分解为控制器加若各个子系统。子系统完成的逻辑功能比较单一，一般由中、大规模集成电路实现，如存储器、译码器、数据选择器

8、、加法器、比较器、计数器等。数字电子系统中必须要有控制器，控制器的主要功能是来管理各个子系统之间的相互操作，使它们有条不紊地按规定的顺序操作。,数字系统框图,计算机系统组成框图,模拟-数字混合系统,包含有模拟电子电路和数字电路组成的电子系统称为混合电子系统。在过程控制和各种仪器仪表中，完成对如温度、压力、流量、速度等物理量的控制、测量、显示等功能，需要模拟-混合电子系统来实现。随着微电子技术的不断发展，各种混合式集成电路不断出现，如555定时器、集成采样保持器、A/D、D/A转换器等。利用这些集成电路和其它元件，并配合数字控制器（一般是微处理器或计算机），可组成功能强大的电子系统。,水温控制系

9、统框图,1.2.2 模拟电子系统的设计方法,模拟电子系统种类繁多，千差万别，故设计一个电子系统的方法和步骤也不尽相同，但对于要设计的电子系统，一般首先根据电子系统的设计任务，进行总体方案选择；然后对组成系统的单元电路进行设计、参数计算、元器件确定和实验调试；最后绘出用于指导工程的电路图。,1 确定总体设计方案,在全面分析电子系统任务书所下达的系统功能、技术指标后，根据已掌握的知识和资料，将总体系统按功能合理地分解成若干个子系统（单元电路），并画出各个单元电路框图相互连接而形成的系统原理框图。电子系统总体方案的选择，将直接决定电子系统设计的质量。方案选择要合理、可靠、经济、功能齐全。要对任务不断

10、进行可行性分析和优缺点分析，最后实际做出一个完整的框图。框图要明确反映各个组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。因此，在进行总体方案设计时，要多思考、多分析、多比较。要从性能的稳定性、工作的可靠性、电路结构、成本、功耗、调试维修等方面，选出最佳方案。,2 单元电路设计,单元电路是整机中的一部分，只有把各个单元制作好才能提高整机性能。在进行单元电路设计时，必须明确对各单元电路的具体要求，详细拟定出单元电路的性能指标，认真考虑各单元之间的相互联系，注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，并应使各单元电路的供电电源尽可能地统一，以便使整个电子系统简单

11、可靠。另外，应尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能。如果找不到完全满足要求的现成电路，则在与设计要求比较接近的电路基础上适当改进，或自己进行创造性设计，但必须保证性能要求。为使电子系统的体积小、可靠性高，单元电路尽可能使用集成电路组成。单元电路本身不仅要设计合理，而且各个单元之间也要互相配合，要注意各个部分的输入信号、输出信号以及控制信号之间的关系。,3 参数计算,在进行电子系统设计时，应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值；根据振荡器要求的振荡频率，利用公式可算出决定振荡频率的电阻和电容值等。但一般满足电路性能指标要求的理论参

12、数值不是唯一的，设计者应根据元器件的性能、价格、体积、通用型和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下几点,1)在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。2)对于元器件的极限参数必须留有足够的余量，一般取1.52倍的额定值。3)对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附近的标称值。电阻值一般在1M内选择；非电解电容一般在100pF0.47F之间选择；电解电容一般在1F2000F之间选用。4)在保证电路达到性能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格及体积等,4 元器件选择,在确定元器件时，应全面考虑电路处理信号的处理范围、环境温度、空间大小、成

13、本高低等诸多因素。有以下不成文的规则：1)一般优先选择集成电路。由于集成电路体积小、功能强，可使电子电路可靠性增强，安装调试方便，并可大大简化电子电路的设计。随着模拟集成技术的不断发展，使用于各种场合下的集成运算放大器不断涌现，只要外加极少量的元器件，利用运算放大器就可构成性能良好的放大器。同样，目前在进行直流稳压电源设计时，已经很少采用分立元器件进行设计了。取而代之的是性能更稳定、工作更可靠、成本更低廉的集成稳压器。,注意,在模拟电子电路设计中，有大量的模拟信号需要处理，如直流放大、线性检波、振荡、有源滤波、运算等，可以选用功能齐全的各类模拟集成电路，但是不要以为集成电路一定比分立元件好，有

14、些功能简单的电路，选用分立元件会更方便。,2)正确选择电阻器和电容器。这是两种最常见的元器件，种类很多，性能相差很大，不同电路对电阻和电容性能的要求不一样，应用的场合也不同。有些对电容的漏电要求很严，有些对电阻和电容性能、容量要求很高。设计时要根据电路要求选择性能和参数合适的阻容元件,并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。因此，对于设计者来说，应熟悉各种电阻器和电容器的主要性能指标和特点，以便根据电路要求，对元件作出正确选择。3)选择分立半导体元件。分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。首先要熟悉这些元件的性能，掌握它们的应用范围；再根据电路的功能要求

15、和元器件在电路中的工作条件，如通过的最大电流、最大反向工作电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件的型号。选择器件种类不同，其注意事项也不同，如选择三极管时，就要考虑是PNP还是NPN，是高频管还是低频管，是大功率管还是小功率管，并注意管子的参数PCM、ICM、BVCEO、ICBO、FT和F是否满足制作指标要求,5 计算机模拟仿真,在计算机平台上，利用EDA软件，可对各种电子电路进行调试、测量、修改，这样可大大提高电子设计的效率和精确度，同时节约了设计费用。,电子设计要考虑的因素和问题相当多，由于电路在计算机上进行模拟时所采用的元器件参数和模型与实际器件有些差别，所以对经计算机仿真过的

16、电路，还要进行实际组装调试。通过实验才可以发现问题、解决问题。若性能指标达不到要求，应深入进行分析出在哪些单元或元件上，再对它们重新进设计和选择，直到性能完全满足要求为止,6 实验,7 绘制总体电路图,在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择均完成的基础上，便可以进行总体电路图的绘制。电路图是组装、调试、印刷电路板设计和维修的依据。目前一般是利用绘图软件绘制电路图。绘制电路图时要注意以下几点。1)总体电路图尽可能画在一张图上，同时注意信号的流向，一般从输入端画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路。对于电路图比较复杂的，应将主电路图画在一张或数张纸上，并在各图所有端口两端注上

17、标号，依次说明各图纸之间的连线关系。,2)注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理、排列均匀。图中元器件的符号应标准化，元件符号旁边应标出型号和参数。集成电路通常用方框表示，在方框内标出它的型号，在方框的两侧标出每根连线的功能和管脚号。3)连线一般画成水平线或垂直线，并尽可能减少交叉和折线。对于相互交叉的线，应在交叉处用圆点标出。对于连接电源负极的连线，一般用接地符号表示；对于连接电源正极的连线，仅需标出电压值。,1.2.3 数字电路设计方法,数字系统的规模差异很大，对于比较小的数字系统可采用所谓经典设计。即根据设计任务要求，用真值表、状态表求出简化的逻辑表达式，画出逻辑图、逻辑电路图，最后用

18、小规模电路实现。随着大中规模集成电路的发展，实现比较复杂的数字系统变的比较方便，且便于调试、生产和维护，其设计方法也比较灵活。例如目前正在普及的ISP（在系统编程）可编程逻辑器件的出现，给数字系统设计带来了革命性的变化，硬件设计变得像软件一样易于修改，如要改变一个设计方案，通过设计工具软件在计算机数分钟内即可完成。这不仅扩展了器件的通途，缩短了系统的设计周期，而且还除去了了对器件单独编程的环节。这样就节省了器件编程设备,1 系统功能要求分析,数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、被控电路和电源等。数字系统设计首先要做到的是明确系统的任务、技术性能、精度指标、输入输出设备、应用环境以

19、及有哪些特殊要求等。设计者有时接到的课题比较笼统，有些技术问题要靠设计者的分析和理解，特别是要和课题提出者、系统使用者反复磋商，并在应用现场进行实地考察以后才能明确地确定下来。,2.总体方案确定,明确了系统性能以后，应考虑如何实现这些技术功能，即采用哪些电路来完成它。对于比较简单的系统，可采用中小规模集成电路实现；对于输入逻辑变量比较多、逻辑表达式比较复杂的系统，可采用大规模可编程逻辑器件完成；对于需要完成复杂的算术运算，进行多路数据采集、处理及控制的系统，可采用单片机系统实现。目前处理复杂的数字系统的最佳方案是大规模可编程逻辑器件加单片机，这样大大节约设计成本，提高可靠性。,3.逻辑功能划分

20、,任何一个复杂的大系统都可以逐步划分成不同层次的较小的子系统。一般先将系统划分为信息处理和控制电路两部分，然后根据信息处理电路的功能要求将其分成若干个功能模块。控制电路是整个数字系统的核心，它根据外部输入信号及来自受其控制的信息处理电路的状态信号，产生受控电路的控制信号。常用的控制电路有3种：移位型控制器、计数型控制器和微处理控制器。一般根据完成控制的复杂程度，可灵活选择控制器类型,4.单元电路设计,在全面分析各模块功能类型，应选择出合适的元器件并设计电路。分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。在设计电路时，应充分考虑能否用ASIC（专用集成电路）器件实现某些逻辑单元电路，这样可大大简化逻辑设计，提

21、高系统的可靠性和减小PCB的体积。,5.系统电路综合,在各单元模块和控制电路达到预期要求以后，可把各个部分连接起来，构成整个电路系统，并对系统进行功能测试。测试主要包含3部分的工作：系统故障诊断与排除、系统功能测试、系统性能指标测试。若这3部分的测试有一项不符合要求，则必须修改电路设计,6 设计文档的撰写,在整个系统实验完成后，应整理出包含如下的设计文件：完整的电路原理图、详细的程序清单、所用元器件清单、功能与性能测试结果及使用说明书,1.3 电子电路设计的基本原则,1满足系统功能和性能要求 电子电路设计、研制过程自始至终是设计者满足适应设计任务书中规定的系统功能和性能要求的过程。好的设计必须

22、完全满足设计要求的功能特性和技术指标。2电路简单、成本低、体积小 在满足功能和性能要求的前提下，电路越简单、元器件越少、失效率越低、可靠性越高，越经济。必须指出，设计过程中采用系统集成技术是简化系统电路最好的方法。3电磁兼容性好 符合国际、国家电磁兼容性标准，是现代电子产品尤其是高速、高频电子产品和电子系统鉴定定型的必备条件。产品要经过电磁兼容性认证。所以一个电子系统应具有良好的电磁兼容特性，要进行电磁兼容性及抗干扰设计。实际设计时，设计结果必须满足给定电磁兼容条件，以确保系统正常工作。如设计任务中未给出，应查国家电磁兼容性标准，按国家标准设计。,4可靠性高 电子电路系统的可靠性要求与系统的实

23、际用途、使用环境等因素有关。一般情况下，大型电子系统必须进行可靠性设计。军品尤其如此，并专设可靠性设计师岗位从事可靠性设计、测试等工作。5系统集成度高 高集成度的电子系统，必定具有电磁兼容性好、，可靠性高、制造工艺简单、体积小、质量容易控制及性能价格比高等一系列优点，所以在设计电子系统时，应最大限度地提高集成度，这是设计电子系统必须遵循的重要原则。6调试简便 也就是在电子电路设计时，必须同时考虑电路的调试问题。若一个电路系统，电子电路调试繁琐、困难或调试点过多，该系统质量难以保证，无法达到设计要求。7生产工艺简单 生产工艺简单意味着以简单方式生产，成本低，质量易于控制。生产工艺是电子电路系统设

24、计者应考虑的重要问题，无论是批量生产还是试制的样品，简单的生产工艺会对电路制作和调试带来很大的方便。,8操作简便 操作简单方便是现代电子电路系统的重要特征，只有操作简便的电子产品才有生命力，才有市场。9节能 要求电子电路和电子系统效率高、耗电小。10性能价格比高 通常我们希望所设计的电子电路能同时符合上述各项要求，但有时会出现互相矛盾的情况。例如设计中有时会遇到这样的情况：如果要使耗电最小或体积最小，则成本升高，或可靠性差，或操作复杂。在遇到矛盾的情况下，应视具体情况抓住主要矛盾来解决问题。例如对于用市电即交流电网供电的电子设备，在电路的总功耗不大的情况下，功耗大小不是主要矛盾。而对于用微型电

25、池供电的航天电子仪器而言，功耗大小则是主要矛盾之一。,1.4 常用的电子电路设计软件,PROTELORCADPSPICEEWBMATLAB,PROTEL,PROTEL是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电路设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率也最高，有些高校的电路专业还专门开设了课程来学习它。几乎所有的电路公司都要用到它。现在推Altium Designer,国内低端设计的主流，国外基本没人用。简单易学，适合初学者，容易上手；占用系统资源较多，对电脑配置要求较高。在国内使用protel的人还是有相当的市场的，毕竟中小公

26、司硬件电路设计还是低端的居多.,ORCAD,ORCAD是由ORCAD公司于20世纪80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路工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的,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软件中的首选。ORCAD公司自被CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，最新版本 OrCAD16.3,让PCB的设计进入更细节阶段，与PSpice结合可应用于在Allegro平台上。此套组系为一完整涵盖前端至后端、使用微软视窗平台的流程，可以提供设计输入的Orcad Capture

27、，类比与混合讯号模拟用的 PSpice A/D Basics，供电路板设计的 Orcad Layout 以及供高密度电路板自动绕线的SPECCTRAR。新加入的SPECCTRA，用以支援设计日益复杂的各种高速、高密度印刷电路板设计。SPECCTRA 提供设计师一种以形状为基础的，功能强大的绕线器，可在减少使用者介入情况下完成各种复杂设计。ORCAD，支持的Netlist超多，已经成为原理图设计软件的业界标准,PSPICE,PSPICE是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。在电路仿真方面，它的功能可以说是最为强大，在国内被普遍使用。以前使用较多的是PSPICE 6.

28、2，工作于Windows环境，占用硬盘空间20多M，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。PSPICE发展至今，已被并入ORCAD，成为ORCADPSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用，推出的版本为PSPICE 9.1，是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件。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、并在同一个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，包括IGBT、脉宽调制电路、模数转换、数模转换等，都可以得到精确的仿真结果。

29、对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。,EWB,EWB(Electronic Workbench)软件是Interactive ImageTechnologies Ltd 在20世纪90年代初推出的电路仿真软件，被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA软件，它是较小巧的软件（只有16M）。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观，易学易用。它的很多功能模仿了PSPICE的设计，

30、但分析功能比PSPICE稍少一些。,MATLAB,MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。,PADS,PADS(Personal Automated Desig

31、n Systems个人自动设计系统)软件是美国Mentor Graphics公司的产品。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。PADS软件用的人也是相当的多，好用，易上手适合于中低端设计，适合大多数中小型企业的需求。其本身没有仿真，做高速板时，要结合其他专用仿真工具，如hyperlynx,Cadenceallegro,是cadence公司 推出的先进 PCB 设计布线工具，Allegro 提供了良好且交互的工作接口和强大完善的功能

32、，和它前端产品Capture 的结合，为当前高速、高密度、多层的复杂 PCB 设计布线提供了最完美解决方案。Allegro 拥有完善的 constraint 设定，用户只须按要求设定好布线规则，在布线时不违反 DRC 就可以达到布线的设计要求，从而节约了烦琐的人工检查时间，提高了工作效率！更能够定义最小线宽或线长等参数以符合当今高速电路板布线的种种需求。PCB Layout工具布线功能强大。仿真工具非常好，信号完整性仿真，电源完整性仿真都能做。成为高速板设计中实际上的工业标准。世界上60%的电脑主板40%的手机主板可都是用Allegro设计。,EDA软件的选用,每个EDA软件，都有自己的特色。

33、对专业PCB设计而言，选择PowerPCB和 OrCAD初学PCB设计，选择Protel DXP，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。电子电路的仿真软件，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,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PC

34、B将会越来越流行普及起来。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。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。,本课程软件,ORCAD10.5 是candence公司2005年推出的电子设计自动化软件 系统。包含四个主要部分1 锁定元件信息系统的原理图输入器（c

35、apture CIS）2 模拟和混合信号仿真（Pspice A/D）3 高级仿真（Psipice A/A）4 印刷电路板设计（layout plus）并与FPGA 设计系统（FPGA studio）有接口，形成了完整的输入、分析、编辑和制造的全线EDA辅助设计工具-cadence studio系列化解决方案。,ORCAD的配套功能软件（模块）,OrCAD/Pspice 10.5的配套软件,OrCAD是一个软件包，核心软件是PSpice A/D，为使模拟工作做得更快更好，OrCAD软件包中还提供了以下5个配套软件与之相配合。（1）电路图生成软件（Capture）其主要功能是以人机交互方式在屏幕上

36、绘制电路图，设置电路中元器件的参数，生成多种格式要求的电连接网表。在该程序中可直接运行 PSpice及其它配套软件。（2）激励信号编辑软件（StmEd：Stimulus Editor）其主要功能是生成电路模拟中需要的各信号源。包括瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频、指数等5种信号波形和逻辑模拟中需要的时钟、脉冲、总线等各种信号。,（3）模型参数提取软件（ModelEd：Model Editor）其主要功能是提取来自厂家的器件的数据信息，生成所需要的模型参数。尽管PSpiceA/D的模型库中提供了一万多种元器件的模型参数，但在实际应用中仍有用户觉得不够用，这时ModelEd软件就显得

37、至关重要。（4）波形显示和分析模块（Probe）其主要功能是将Pspice的分析结果用图形显示出来。不仅能显示电压、电流这些基本电路参量的波形，还可显示由基本参量组成的任意表达式的波形，所以有“示波器”之称。（5）优化程序（Optimizer）其主要功能是自动调整元器件的参数设计值，使电路的特性得到改善，实现电路的优化设计。,Orcad 特点,1 集成性高。在orcad的集成环境内，从调用电路绘制程序Capture CIS在视窗环境下完成电路图的绘制和仿真分析设置，到调用电路仿真程序pspice完成电路仿真和观测结果，再到印刷电路板设计layout plus或可编程逻辑器件设计几乎一气呵成，不

38、必四处切换工作环境2 完整的probe观测功能。在观测仿真结果方面，orcad提供了一个probe程序来协助用户迅速而精准地观测电路特性，另外还提供了测量功能，可以测试各式各样基本与衍生的电路特性数据，让用户可以轻松地判断电路是否符合要求。必要时，pspice可以显示出由记录数据衍生出来的波形数据，如波特图、相位边限、迟滞图、上升时间、电压增益等等。另外无论是光标功能、分割画面以显示多个输出波形、放大或缩小显示的波形、切换x轴和y轴变量、标注文字等功能，pspice均能完成如曲线跟踪仪、示波器、网络分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪等仪器般的分析功能。非常方便。,3 各种完整的高级分析功能。如进行

39、噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等 4 模块化和层次化设计5 模拟数据和仿真能力。所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。6 元件库扩充功能。是对器件建模的工具。它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为Pspice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。Pspice可执行的电路分析，大致上可以分为基本分析和高级分析两大类。如果可以将电路的所有基本分析和高级分析都验证的话，当然是最安全可靠了。但是碍于设计周期的压力，这是很难达到的

40、目标，一般而言，电路最好经过全部的基本分析的验证后再考虑进入下一级的设计流程。至于高级分析的部分，则是挑出一些非常关心的项目来验证就行了,OrCAD的基本功能,绘制电路图（Capture/cis）分析电路图性能（PSpice）波形显示与特征值分析(Prob)优化设计（Optimizer）建立与管理器件模型 设计信号源 设计PCB 图,直流分析交流分析时域分析工作点分析,1.4 OrCAD的基础知识,电路仿真流程orcad常用文档类型专用的图形文件库ORCAD模块之一Capture 软件ORCAD模块之二Pispice 软件,电路仿真流程,OrCAD常用文档类型,*.opj项目管理文件*.dsn

41、电路图文件*.olb图形符号库文件*.lib仿真模型描述库文件*.mnl网络表文件*.max电路板文件*.tch技术档文件*.gbt光绘文件,*.llbPCB封装库文件*.log*.lis记录说明文件*.tpl板框文件*.sf策略档文件,专用的图形文件库,1*.olb-Capture专用的图形符号库 只有电气特性，没有仿真特性的库。在安装路径下OLDLIBS文件夹下的库，此类库没有相应的*.lib库，且器件属性中没有PspiceTemplate属性。能够利用PSpice进行仿真的库。在安装路径下Pspice文件夹下的库，此类库有相应的*.lib库，且器件属性中有PspiceTemplate属性

42、2*.lib-PSpice仿真库利用Spice语言对Capture中的图形符号进行功能定义与描述，可以编辑。3*.llb-PCB Layout器件封装库OrCAD Layout提供3000多个国际标准的器件封装。,Orcad中关于元器件符号库说明,3、Design Cache库 4、CAPSYM库：在选择Place主菜单命令放置电源符号（Power）、接地符号（Gound）、电连接标识符（Off-page connector）、分层电路中的框图端口（hierarchical port）、图纸标题（Title Block）涉及到该库器件及符号：library是器件库，含器件及符号。PSpice库

43、的器件有仿真模型器件库路径：program files/orcad/capture/library/PSpice,器件库列表,ORCAD模块之一Capture 软件,Orcad/Capture 的窗口界面,1 project manager窗口2 电路图编辑窗口 page editor3 session log窗口4 browse 窗口5 元器件符号图形编辑窗口 part editor6 CIS 窗口7 文本编辑窗口 text editor8 capture 框架,Capture 应用术语,1 与电路设计项目有关的术语2 关于电路图组成元素的名词术语,与电路设计项目有关的名词术语,1 设计项目

44、（project）：与电路设计有关的所有内容组成一个独立的设计项目。设计项目中包括有电路图设计、配置的元件库，相关的设计资源、生成的各种结果文件等。存放设计项目的文件以.opj为扩展名。该文件中包括了与上述各项内容相应的文件名。2 一幅电路图页（Schematic Page）：绘制在一页电路图纸上的电路图。3 一个层次电路图（Schematic Folder）：指分层次结构电路中同一个层次上的所有电路图。一个层次电路图可以包括一幅或多幅电路图页。,4 电路图设计（Schematic Design）：指设计项目中的电路图部分。一个完整的电路设计可以包括一个或多个层次电路图。电路图存放在以.dsn

45、为扩展名的文件中。5 电路图设计结构（Design Structure）：指电路图设计中采用的下述三种不同结构。a 分层次式电路设计（Hierarchical Design）：在设计复杂的电路的电路和系统时通常采用的是一种自上而下的电路设计方法。即首先在一层图纸上（称之为根层次：Root）设计电路总体结构框图，然后再在另外层次图纸上设计每一个框图代表的子电路结构，下一层次中还可以包括有框图，按层次关系将子电路框图逐级细分，直到最底层次为具体电路图，不再包括子电路框图。这种电路称为分层次式电路设计。,b 拼接式电路设计（Flat Design）：指只包括一个层次的电路设计。该层次中可以包括有多页

46、电路图，但不包括子电路框图。c 单页式电路设计（One-page Design）：指整个电路设计中只包括一页电路图。6 电路设计专用元器件符号库（Design Cache）：电路设计中，主要从Capture 符号库（Library）调用元器件符号。完成电路设计后，将自动生成一个由该设计中采用的各种元器件符号组成的只适用于该电路设计的符号库，称之为Design Cache。该符号与相应的电路一起保存。,关于电路图组成元素的名词术语,1 电路图基本组成元素（Object）：指绘制电路图过程中通过绘图命令绘制的电路图中的最基本组成部分，如元器件符号、一段连线、结点等。结点（junction）：在电路

47、图中，如果要求相互交叉的两条连线在交叉处电学上连通，则应在交叉位置绘一个粗圆点，该点称为结点。元器件编号（part reference）：为了区分电路图上同一类元器件中的不同个体而分别给其编的序号。例如不同的电阻编号为R1、R2等。元器件值（part value）：指表征元器件特性的具体数值（如100pF）或器件型号（如7400、2N222、uA741）。对每个器件型号，都有一个模型描述其功能和电特性。,总线引入线（Bus entry）：指在连线与总线中某一位信号线相连时，在汇接处的那一段连线。端口连接符号（Off-page Connector）：指一种表示连接关系的符号。同一层次电路的不同页

48、面电路图之间以及同一页电路图内部，名称相同的端口连接符号在电学上是相连的。网络标号（Net Alias）：电路中电学上相连的连线、总线、元器件引出端等构成一个节点（Net），或称为网络。用户为节点确定的名称就称为该节点的Net Alias.图纸标题栏（Title Block）电路元素的属性参数（Property）:包括固有参数，如元器件值和封装；以及用户定义的参数，如元器件价格、生产厂家等。图幅分区（Grid Reference）标签（Bookmark)：用于代表电路图中某个特定位置而在该位置设置的标签代号。,网络和网络标号,网络（Net）就是在一个设计中有电气连接的电路。而网络标号（Net

49、Identifer）就是为了识别一个网络而给予的独一无二的代号。他们经常用来指示一些没有实际电气连线的网络。比如，在一个多张绘图页的设计中，就必须使用网络标号将一个网络从一张绘图页连接到另一张绘图页。网络标号对象包含有：1 网络别名（Net Alias）用以识别在一个绘图页内有连通的网络2 多页连接端口（Off-Page Connectors）用以识别两个绘图页间连接的网络。3 层次输入/输出端口（Hierarchical Port）经由层次方块（Hierarchical Block）的层次管脚（Hierarchical Pin），用以识别进入一个子绘图页的网络连接。,4 电源对象名（Powe

50、r Object Names）用来识别一个全局性的网络，通常用来标识电源网络（VCC)或是接地网络（GND）5 元件上隐藏的管脚（Hidden Pin）这是一张特别的网络标号类型，其一般功能就如同电源对象名一般，他们在绘图页上并不显示出来。隐藏的管脚会连接到其它由相同名称的隐藏管脚，并连接到有相同名称的网络上，假如这些管脚别取消隐藏状态，它就不再理所当然地被视为连接状态，这时一定要用人工方式的连线来连接网络。在建立网络时，网络标号的优先级，由高到低分别是：用户已命名的网络、层次输入输出端口、多页连接端口、电源对象名、网络别名、系统产生的名称。,ORCAD模块之二PSPICE软件,Pspice