電子電路模擬設計與製版軟體綜述

    提到電子設計自動化，還得從上世紀80年代，世界上許多公司相繼推出用於微機系統的電子CAD(Computer Aided Design，計算機輔助設計)軟體說起。世界上許多公司為了自己的CAD軟體能在激烈的市場競爭中佔有一席之地，紛紛推出具有自己公司特色的CAD軟體，經過多年的實踐檢驗、不斷修改和完善，或優存劣汰，或收購兼并，或強強聯合，CAD技術已日臻成熟。CAD是一種通用技術，除了在機械、建築等其它許多行業得到廣泛應用之外，藉助美國加洲大學伯克利分校的SPICE3.5/XSPICE作為模擬引擎，世界上許多公司還推出各種用於電子行業的優秀EDA軟體；從另一個角度講，CAD(計算機輔助設計)是電子設計的物理級初級階段；CAE(計算機輔助工程)是電路級設計階段；EDA(電子設計自動化)是高級的電子系統設計階段。衡量一個軟體的優劣，其中一個很現實的標準就是看它的市場佔有率，也就是它的普及和流行程度。正如魯迅先生所說：“其實地上本沒有路，走的人多了，也便成了路。” 說到EDA軟體，美國Cadence公司的OrCAD、加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB、澳大利亞Altium公司的PROTEL、美國Mentor Graphics公司的PADS都是其中有代表性的佼佼者。

一  美國Cadence公司的OrCAD軟體
    Cadence公司的OrCAD 軟體，是世界上應用最廣的EDA軟體之一，是EDA軟體中一個比較突出的代表。OrCAD軟體功能強大，而且它的界面友好、直觀，在國外使用廣泛，歐美地區有相當數量的電子工程師都在使用它。由於OrCAD軟體進入我國時間比較晚，但隨著我國電子行業飛速發展，使用OrCAD軟體的用戶呈逐年增長的趨勢。從早期版本工作於DOS環境的OrCAD 4.0，發展到現在最新的OrCAD 10.5，OrCAD軟體集成了電原理圖繪製、印製電路板設計、數字/模擬電路模擬、可編程邏輯器件設計等等功能，它的元器件庫也是所有EDA軟體中最豐富的，在世界上它一直是EDA軟體的首選。Cadence公司已成為世界上最強大的開發EDA軟體的公司之一。 OrCAD軟體系統中主要包括：OrCAD /Capture CIS（電路圖設計）；OrCAD /PspiceA/D（數/模混合模擬）；OrCAD /Layout Plus(PCB設計)等，其中每一個部分可以根據需要單獨使用，又可以共同組成完整的EDA系統。
    OrCAD軟體系統的幾個主要軟體的功能及特點：

1. OrCAD /Capture CIS： 它是OrCAD軟體包中的共用軟體，也是其它兩個軟體的基礎。它是一個功能強大的電路原理圖設計軟體。除了可以生成各類電路原理圖外，與其它電路圖繪製軟體相比，Capture CIS軟體中還有明顯特點的元器件信息系統模塊CIS(Component Information System)。該信息系統模塊除了可以對元件庫中4萬多種元器件實施高效的管理以外，還具有ICA(Internet Component Assistant)功能，可以在設計電路圖的過程中，通過Internet網上其它元器件資料庫中查閱到百萬多種元器件，並可以根據繪圖需要將它們調入電路圖或添加到自己的庫文件中；用Capture軟體繪製的電路圖完成成后，還可以直接調用OrCAD /Pspice軟體進行模擬，也可以進入OrCAD /Layout Plus軟體進行制板設計；OrCAD /Capture CIS操作界面友好、直觀形象、使用方便；操作功能強大、靈活，項目管理科學有效，適應性很強，支持國際上多種標準。
2. OrCAD / PspiceA/D：這是一個通用電路模擬軟體，除了對數字電路和數/模混合電路模擬外，還具有優化設計的功能。該軟體中的Probe模塊，相當於一台“虛擬示波器”不但可以在模擬結束后顯示結果信號波形，而且可以對波形進行各種運算處理，包括提取電路特性參數、分析電路參數與元器件參數的關係，使分析過程更加方便直觀。
3. OrCAD /Layout Plus：這是一個印製電路版PCB設計軟體，可以直接將生成的電路圖通過手工或自動布局布線方式轉為PCB設計。OrCAD /Capture軟體具有高水平的設計指標：可設計的最大電路板尺寸為68(英寸)2；層次可達30層；布線最高解析度為1微米；放置元器件時旋轉角度可精確到1分。另外還有自動推擠、矩陣布局、智能化敷銅、與多種PCB設計軟體可進行數據交換，包括與多種機械 CAD軟體交換數據，生成3維輪廓圖形等功能。它的元器件封裝庫非常豐富，並且可以通過庫管理器(Library Manager)對封裝庫進行編輯、修改和添加新的封裝，OrCAD /Layout Plus軟體在PCB制板界以其功能強大著稱，是一款名副其實的高檔、專業PCB設計EDA軟體。

 二  加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB軟體    
    EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies(IIT)公司於1988年推出的頗具特色的EDA軟體。它以其界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優點，早在上世紀90年代就在我國得到迅速推廣，許多大專院校把EWB5.0編入教材，作為電子類專業課程教學和實驗的一種輔助手段。跨入21世紀初，將EWB5.0版本更新換代推出EWB6.0，並更名為Multisim2001，2003年升級為Multisim7，2005年發布Multisim8.0，其功能已十分強大，能勝任電路分析、模擬電路、數字電路、高頻電路、RF電路、電力電子及自控原理等各方面的虛擬模擬；並提供多達18種基本分析方法。目前，加拿大IIT公司官方網站還在不斷發布Multisim10，已求盡善盡美。
電子模擬軟體Multisim7的主要特色功能有以下一些：

1. 基本界面左側有兩列共23個元件箱，分門別類地集中了各種模擬元件可供調用；右側有17種虛擬儀器可不受數量限制調用；中間是電路的搭建和模擬操作平台。
2. Multisim9軟體提供的15種電路基本分析方法。
3. Multisim軟體有幾款其它任何模擬軟體所沒有的虛擬儀器，如“4蹤示波器”、“實時測量探極”可以在線動態測量電路各節點的電壓、世界頂尖跨國公司安捷倫公司測量儀器：“安捷倫函數信號發生器”、“安捷倫6位半數字萬用表”、“安捷倫示波器” ，這三台儀器的面板、旋鈕操作和實際安捷倫儀器完全一樣。

三  製版軟體Ultiboard7簡介
    作為MultiSIM技術的另一方面，加拿大IIT公司還向用戶提供配套製版軟體Ultiboard7。用Multisim7進行模擬設計后的電子電路內容可以直接無縫鏈接到Ultiboard7進行印製電路板的設計。製版軟體Ultiboard7的一個明顯優點就是它的元件封裝庫十分豐富，針插式元件封裝有4000多種，是Protel元件封裝文件PCB Footprints.lib中的10多倍，一般情況下總能從其大量的封裝形式中直接找到合適的元件封裝，免去修改和創建元件封裝之苦。但要嫻熟掌握它的PCB設計規則、自動布線等操作是要下一番功夫的，加上軟體的獲取、資料的匱乏在一定程度上限制了它的推廣。但業餘條件下用Ultiboard7進行製作簡單電路印製板，可以不受它的設計規則約束，用直接手工元件布局和繪線，因其元件封裝庫豐富，仍不失為一種簡捷方便的製版選項。

四  澳大利亞Altium公司的PROTEL軟體
     Protel集電路原理圖繪製、模擬電路與數字電路混合信號模擬、多層電路板設計、可編程邏輯器件設計、圖表生成等功能於一身。它具有豐富多樣的編輯功能、強大便捷的自動化設計能力、有豐富的原理圖元件庫、極其全面的工具、文檔及設計項目的組織能力，Protel軟體的良好信譽以及它的卓越表現，很快成為了眾多EDA用戶的首選和喜愛軟體，Protel軟體資源豐富，而且學習和入門比較容易，非常適合初學者設計一些相對簡單的電路和製版。
    Protel公司後來又推出Protel 99 SE(Second Edition)，主要是在PCB製版方面增加了一些更實用的功能。現在Protel公司已經改名為Altium公司，跨入新世紀后，Altium公司推出Protel DXP。Protel DXP是新一代的板級電路設計系統，與Protel 99 SE相比，除功能更加完備以外，其界面風格更加成熟、更加靈活，尤其在模擬和PLD電路設計方面進行了改進。由於它的功能強大、設計嚴謹、對操作系統有要求，給初學者入門帶來了一定的難度，另外還可以模擬電路。

五  美國Mentor Graphics公司的PADS軟體
     PADS(Personal Automated Design Systems個人自動設計系統)軟體是美國Mentor Graphics公司的產品。PowerLogic5.0是一個功能強大、多頁的原理圖設計輸入工具，具有在每頁進行快速存取、在線元件編輯、庫管理方便簡潔等特點，所有這些都為PowerPCB提供了高效的電路板設計環境，提高了由原理圖設計鏈接到PCB製版的轉化效率。
    PowerPCB5.0是一個複雜的、高速印製電路板設計軟體。它具有快速交互布線編輯器(FIRE)，它的這一功能在眾多的交互布線模式中獨樹一幟，由於FIRE採用強大功能的演算法，布線完成後很少需要用戶修改調整，可以使用戶在布線時節省大量時間，提高效率。對錶貼元件等細小焊盤間距、對高速布線的約束條件設定、對圖形用戶界面的定製等方面功能， PowerPCB5.0軟體都是無可挑剔的。由於PowerLogic5.0和PowerPCB5.0兩軟體運行速度快，加之功能強大，有些簡單的操作可以實現複雜的功能、快捷鍵方便、視窗寬等優點。

六  關於EDA軟體的選用和業餘製版注意事項

1. 每個EDA軟體，都有自己的特色。在具體選擇用哪個EDA軟體最好，就要看你的用途。就從事專業PCB設計而言，你不妨選擇PowerPCB和OrCAD，PowerPCB更適合設計專業的、高級複雜的電路，OrCAD模擬和製版功能都很強，是高端電路設計和製版的主流工具之一，但它的元件封裝比較麻煩；如果你是初學者，不妨建議你選擇Protel DXP。由於Protel進入我國市場早，普及率高，尤其是書籍參考資料多，特別適合初學者。目前國內相當數量群體在使用Protel 從事電路設計和製版，國外的圖紙則大都用OrCAD設計。
2. EDA軟體選用還有地域因素影響，比如台灣省的電子工程師設計PCB一般用PowerPCB和OrCAD，台商在江浙、上海一帶有許多合資企業，廣東、深圳一帶南方用PowerPCB和OrCAD設計PCB就普及，北方可能比較喜歡使用Protel設計PCB，但隨著時間推移，PowerPCB和OrCAD設計PCB將會越來越流行普及起來。
3. EDA軟體選用還跟個人喜好、興趣、習慣有關，其實任何一款優秀的EDA軟體只要用習慣了，精通了，你就是某方面的人才、高手。當然有志將來到廣東、深圳、上海等南方地區去發展的學子，就要優先選學OrCAD或PowerPCB，或多學幾種，以滿足企業廠家的招聘需求。
4. EDA軟體選用還要考慮本地區製版廠家所能支持加工的PCB文件格式，用Protel設計的PCB文件，只要是製版廠家，那怕規模再小，一般都能加工用Protel設計的電路板。
5. 關於選用電子電路的模擬軟體，除了OrCAD模擬功能非常強大和理想以外，Multisim9也是一款非常優秀的EDA軟體。了解和掌握這款最新的優秀EDA軟體用法。

七  電子線路的設計過程
    EDA就是“Electronic Design Automation”的縮寫技術已經在電子設計領域得到廣泛應用。發達國家目前已經基本上不存在電子產品的手工設計。一台電子產品的設計過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機程序、機內結構、FPGA的構建及模擬、外觀界面、熱穩定分析、電磁兼容分析在內的物理級設計，再到PCB鑽孔圖、自動貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產所需資料等等全部在計算機上完成。  EDA技術藉助計算機存儲量大、運行速度快的特點，可對設計方案進行人工難以完成的模擬評估、設計檢驗、設計優化和數據處理等工作。EDA已經成為集成電路、印製電路板、電子整機系統設計的主要技術手段。美國NI公司（美國國家儀器公司）的Multisim 9軟體就是這方面很好的一個工具。而且Multisim 9計算機模擬與虛擬儀器技術（LABVIEW 8）（也是美國NI公司的）可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節的這一老大難問題。