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1、电子电路电子电路CAD（一）（一）符欲梅2012年9月本节要求n1、了解电子电路CAD和EDA技术，了解电子电路CAD软件OrCAD，掌握 OrCAD/PSpice A/D软件的有关规定；n2、熟悉电路图设计软件OrCAD/Capture，掌握电路图编辑器Page Editor，掌握电路图的绘制及电路图的编辑修改。1.1 电子电路CAD和EDA技术nCAD：Computer Aided Design，计算机辅助设计n建筑CAD，机械CAD（AutoCAD），电子电路CAD（Protel, OrCAD）,流体CAD等n从计算机诞生至今，CAD的概念和最初的功能在发生变化 电子电路CAD技术n是指
2、以计算机硬件和软件为基本平台，继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓扑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通用支撑软件和应用软件包通用支撑软件和应用软件包，帮助设计人员开发新的电子系统与电路、集成电路（IC）、印制电路板（PCB）、现场可编程门阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等产品，实现在计算机上调用元件库、绘制电路图、编制激励信号文件、确定跟踪点、调用参数库以及模拟程序等手段设计电路。电子设计自动化EDAn从计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT、计算机辅助工程CAE的概念发展而来的。EDA技术n就是以计算机为工具，在EDA软件平台上
3、对用硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，由计算机自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、结构综合、布局和布线，以及逻辑优化和仿真测试，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载工作。nEDA技术的出现，使得技术人员能够利用硬件描述语言和EDA软件实现系统硬件功能，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计人员的劳动强度。n没有EDA技术，怎么实现一个电路？怎么测试它的性能？EDA发展的三个阶段n20世纪70年代：计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路板图编辑、PCB布线等n20世纪80年代：复杂可编程逻辑器件已进入商业时代，相应的辅助软件也投入使用。FPGA，CAE及C
4、AD技术的广泛应用，为电路建模、标准文档及仿真测试奠定了基础。n20世纪90年代：随着硬件描述语言标准化的进一步确立，计算机辅助工程、计算机辅助分析和设计在电子领域取得了更加广泛的应用。与此同时，电子技术在通信、计算机及家电产品生产中的市场需求和技术需求极大地推动了全新的电子设计自动化技术的应用和发展。超深亚微米工艺、百万门以上的大规模可编程逻辑器件等等陆续面世。nEDA技术是电子电路CAD的高级阶段1.2 电子电路CAD软件OrCADnOrCAD软件是OrCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件，使用广泛、功能强大，集成了电路原理图绘制、印刷电路板设计、模拟与是在电路混合仿真等功能。它
5、的电路模拟的元器件库以及达到了16000个，包含了几乎所有的通用型电路元器件模块。OrCAD9软件包OrCAD软件系统框图1、OrCAD/Capture CISn功能强大的电路原理图设计软件，除可以生成各类模拟电路、数字电路和数/模混合电路的电路原理图外，还配备有元器件信息系统（CIS，Component Information System），可以对元器件的采用实施高效管理。该软件还配备有ICA（Internet Component Assistant）功能，在设计过程中可通过internet的元器件库查阅、调用上百万种元器件2、OrCAD/PSpice A/Dn通用电路模拟软件，除可对模拟
6、电路、数字电路和数、模混合电路进行模拟外，还具有优化设计的功能。该软件中的Probe模块，不但可以在模拟结束后显示信号波形，而且还可以对波形进行各种运算处理，包括提取电路特性参数，分析电路特性参数与元器件参数的关系。3、OrCAD/Express Plusn逻辑模拟软件。可进行Capture生成的数字电路门级模拟，一直到VHDL综合和仿真。可进行10万门以上的CPLD、FPGA和ASIC设计。4、OrCAD/Layout Plusn印刷电路板（PCB）设计软件，可直接将OrCAD/Capture生成的电路图通过手工或自动布线方式转为印制板设计。在整个设计过程中，可以创建共享的PCB数据，从Ca
7、pture CIS开始，自动获取完整的元器件信息，增加设计约束和其他属性，还可以交换平面布置信息，包括电路板轮廓、安装孔、高度限定、布线区域限定等。完成PCB设计后，可生成三维显示模型，也可直接生成Gerber光绘文件。OrCAD软件系统框图1.3 OrCAD软件的功能特点n高集成性n模块化、层次化设计和按项目有效管理n强大的电路模拟和波形显示功能n丰富的元器件模型库和封装库及扩充功能n强大的电路印制板设计功能n具有与多种EDA和CAD应用软件交换数据的功能n功能强大的机械接口和计算机辅助加工（CAM）接口：能够与机械CAD例如PRO/ENGINEER、AutoCAD、CATIA等的数据双向交
8、换n软件的广泛适用性：提供了不同习惯或标准的支持本课程的重点n充分利用OrCAD的仿真及分析功能，在已经绘制完成的电路图的基础上，设置不同的参数进行电路特性分析。n而仅仅作为PCB输出的电路和用于仿真的电路存在不同，例如：用于PCB的电路必须设置元器件的封装形式（直插、表贴等）；用于仿真的电路必须设置一些用于仿真和分析的信号源。1.4 OrCAD/PSpice A/D软件的有关规定n1、所支持的元器件：6类最常用的元器件n基本无源元件：阻、容、感n常用的半导体器件：二极管、场效应管等n独立电压源和独立电流源n各种受控电压源、电流源和开关n基本数字电路单元：TTL电路、CMOS集成电路、CPLD
9、、RAM、ROM等n常用的单元电路：运放、比较器PSpice A/D支持的元器件及其字母代号nV：独立电压源nI：独立电流源nD：二极管nC：电容nR：电阻nL：电感nU：数字电路单元n*在电路图中，不同元器件编号的第1个字母必须符合该规定PSpice A/D中的数字和单位符号比例因子名称f10-15飞（femto-）p10-12皮（pico-）n10-9纳（nano-）u10-6微（micro-）mil25.4x10-6密耳（mil）m10-3毫（milli-）k103千（kilo-）MEG106兆（mega-）G109吉（giga-）T1012太（tera-）n1.23K，1.23E3和1
10、230是相同的nPSpice A/D中采用的是实用工程单位制，时间采用秒，电流：安培，电压：伏特，频率：赫兹n例如，表示470千欧姆的电阻时，可以用470K，4.7E5，470kOhm等。n对于计算量的单位，PSpice会自动确定其单位。电压与电流相乘的结果为瓦特。注意事项n在OrCAD中，少数物理量的单位表达与法定单位的规范表达不一致，例如： 表示为Ohm， 表示为u,M表示为MEG等。仪表情况下，单位可省略，由软件自动识别。nOrCAD软件中大多数情况下不区分大小写。PSpice A/D中的运算表达式n算术运算符：+，-，*，/，*n逻辑运算符：（not） ， |（or），（xor） ，
11、&（and）n关系运算符：= ，!= ， ， = ， ， =PSpice A/D中的函数nABS（x）nLOG（x）nMAX（x，y）1.4.4 电路图中的节点编号n1、由设计者设置的节点名称n例如：RESET就是利用这种方法确定的名称n2、为电路端口符号确定的节点名称。n例如：OUT、OUTBARn3、用元器件的引出端作为节点名称。n其一般形式为：n元器件编号：引出端n其中，元器件编号必须是该元器件在电路图中的编号，其第1个字母必须是代表该元器件类型的关键字符。n4、用数字编排作为节点序号n在生成电路连接网表文件时，PSpice将每个节点编排一个数字编号，并将节点数字编号与上述几种节点名的对
12、应关系存放在Alias文件中（以ALS为扩展名的文件），同时显示在以OUT为扩展名的输出文件中。1.4.5 输出变量的基本表示格式n电压变量的基本格式nV（节点号1，节点号2）n图中的V（RESET）n电流变量的基本格式nI（元器件编号，引出端名）n无源两端：1进2出n独立源：正进负出n多端有源器件：引出端流入1.4.6 输出变量的别名表示n交流小信号AC分析中的输出变量名n用元器件引出端名表示的输出变量第2章 电路图的绘制及后处理n电路图的绘制及后处理是由OrCAD/Capture CIS软件完成的。n本章介绍如何在OrCAD/Capture CIS软件中绘制电路图，如何修改和打印电路图2.
13、1.1 电路设计流程nCapture CISnPSpice A/DnLayout2.1.2 Capture中的电路图类型n单页式电路（one-page Design）n拼接式电路（Flat Designs）n分层式电路（Hierarchical Designs）2.2 电路图的绘制流程n1、绘制元器件符号n2、元器件间的电气连接n3、绘制电路图中的辅助元素差分对放大电路如何绘制电路图？n1)启动Capture CISn2)新建一个project：n选择菜单file-New-Projectn3)配置元器件符号库n选择在绘制电路图及仿真分析等要用到的元器件库OrCAD提供的提供的元器件符号库元器件
14、符号库文件清单文件清单为新建设计为新建设计项目配置的项目配置的库文件库文件问题n如果不知道元器件在什么库中怎么办？n4)进入设计项目管理窗口系统菜单系统菜单项目管理器窗口项目管理器窗口电路图编辑窗口电路图编辑窗口Page Editor记录器窗口记录器窗口专用绘图工专用绘图工具栏具栏Capture的项目管理器nCapture对于电路图及有关资源的管理，全部都是由“项目管理器”来管理的。n5)启动电路图编辑模块(Page Editor)n6)绘制电路图电路图编辑窗口电路图编辑窗口Page Editor专用绘图工专用绘图工具栏具栏工具栏和菜单的对应nA、放置元器件n菜单：place-partn或者选
15、择绘图工具栏中的相应图标几个常用的库文件nANALOG：模拟电路中的各种无源器件nSOURCE：电源，激励用nCAPSYM：电源，仅为电学符号nDesign Cashe：设计文件缓存库Place part放置元器件元器件元器件查找查找Part Searchn搜索路径：capturelibrarypspice搜寻结果选中一个元器件选中的元器件在Page Editor中n一旦开始放置元器件后，在Design Cache中就可以找到已经放置过的元器件，这样大大方便了操作连续放置同类元器件选中元器件后的鼠标右键修改属性nFilter选为PSpice属性过滤器属性过滤器Place power或者Plac
16、e GNDn放置地激励电源的放置：place part直流电压源电学符号电源的放置注意n如果绘制的电路图将要调用OrCAD/PSpice进行电路模拟，电源和接地符号都应从SOURCE库中选取。如果使用了CAPSYM库中的电源符号，则还应该调用SOURCE库中的符号进一步说明这些电源符号的电平值。两种电源符号Place wire进行连线Placewire为保证连线是直的nSnap to grid电源的放置ni）真正代表一种激励源，通过设置可以赋予他们一定的电平值（由source库提供）nii）仅仅为一种电学符号（由CAPSYM提供）n电路图的后处理及结果保存n包括：元器件自动编号、设计规则检查、统计报表输出和电连接表生成等。2.6 电路图的后处理annotationDesign Rule CheckCreateNetlistBOMCross referenceUpdate propertiesn绘制好电路图后，如果需要用PSpice进行电路模拟，无须进行DRC检验和连接网表生成，OrCAD会自动完成这两步操作。元器件编号更新n在项目管理器中选择原理图页面，然后选择tools菜单范围范围更新方式Annotation结果显示设计规则检查DRC（ Design Rule Check ）元器件信息统计cross reference统计报表BOM在整个过程中产生的文件