电路仿真常用软件与PCB设计

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现代电子设计技术的核心就是EDA（Electronic Design Automatic）技术。利用EDA技术，电子设计师可以方便地实现IC设计、电子电路设计和PCB设计等工作。

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   EDA技术已有30年的发展历程。现在EDA技术应用广泛，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工等各个领域，都有EDA的应用。无论是在产品设计、制造方面，还是在科研与教学方面，EDA已成为必不可少的一部分。掌握EDA技术已成为通信电子类专业的学生学习及就业的基本素质。本书所介绍的内容也属于EDA范畴，因此有必要了解一些EDA方面的知识，对于学习这些软件及后续课程会有一定的帮助。

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   一、EDA技术的概念

   EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的通用软件系统，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。

   EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。物理级设计主要指IC版图设计，一般由半导体厂家完成；系统级设计主要面对大型复杂的电子产品；而一般民用及教学所涉及基本是电路级设计。我们常用的EDA软件多属于电路级设计。

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电路级设计工作，是在电子工程师接受系统设计任务后，首先确定设计方案，并选择合适的元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图，接着进行第一次仿真。其中包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。

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   仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线，有条件的还可以进行PCB后分析。其中包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并可将分析后的结果参数反馈回电路图，进行第二次仿真，也称作后仿真。后仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。

   二、 EDA技术的历史与发展

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   EDA技术发展历程大致可分为三个阶段。20世纪70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段，人们开始用计算机取代手工操作进行IC版图编辑、PCB布局布线。80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能分析和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。20世纪90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段，同时又出现了计算机辅助工艺（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等。

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   三、 EDA的应用

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   现在EDA技术应用广泛，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、科研和教学部门广泛使用。

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   在产品设计与制造方面，EDA 技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB的制作、电路板的焊接、ASIC的设计等。

   在教学方面，我国高校是从九十年代中期开始EDA教育的，现在几乎所有理工科类高校都开设了EDA课程。这些课程主要是让学生了解EDA的基本概念和原理，使用EDA软件进行电子电路课程的实验及从事简单系统的设计。

   四、 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：EWB、Pspice、orcad、PCAD、protel、Viewlogic、mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、cadence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，同时也可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。下面按主要功能或主要应用场合进行划分。

1 电子电路设计与仿真工具

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   电子电路设计与仿真工具包括PSpice、EWB、Matlab、SystemView、MMICAD等。下面简单介绍前两种软件。

（1） PSpice：基于Spice的PC版软件。Spice（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）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，1988年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了PSpice。PSpice是一种强大的模拟和数字电路混合信号仿真软件，包括对中规模集成电路(MSI)和大规模集成电路(LSI)提供多种分析功能，而且仿真精度高，在国内普遍使用。

（2）EWB(Electronic Workbench)软件：Interactive ImageTechnologies Ltd在20世纪90年代初推出的电路仿真软件，主要用于模拟和数字电路的仿真。高版本已更名为Multisim。相对于其它EDA软件，它提供了万用表、示波器、信号发生器等虚拟仪器。该软件的界面直观，易学易用。它的很多功能模仿了Spice的设计，分析功能也较强。

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2 PCB设计软件

   PCB(Printed—Circuit Board)设计软件种类很多，如Protel、OrCAD、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Winboard/Windraft/IvexSPICE、PCB Studio等等。目前在我国使用最普遍的应属Protel。

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   Protel是PROTEL（现更名为altium）公司在20世纪80年代末推出的CAD工具。它较早在国内使用，普及率很高。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，现在普遍使用的是Protel 99 SE。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，可编程逻辑器件设计等功能，并具有Client/Server体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便。它最具代表性的是电路设计和PCB设计。

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3 IC设计软件

   IC设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。

4 其它EDA软件

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（1） VHDL语言：超高速集成电路硬件描述语言（Vhsic Hardware Deseription Languagt，简称VHDL），是IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路（Very High Speed Integrated Circuit，简称VHSIC）计划，是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具。

（2） Veriolg HDL：Verilog公司推出的硬件描述语言，在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。

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   五、 EDA软件的使用

   一般的EDA软件主要实现三项任务：电原理图（简称电路图）的创建、混合信号的仿真及PCB（印刷电路板）制版等。

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   一般的流程是先创建电路图，然后进行电路图的仿真，最后将电路图转化（自动或手动）为PCB图。能执行PCB图的仿真的软件比较少。

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   本书将介绍几种主要的仿真及设计软件，即PSpice、Multisim及Protel。

   PSpice软件以PSpice 80评估版为蓝本，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励源编辑、输出绘图等几个子程序组成，每个子程序各有独立的窗口。

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   Multisim软件以Multisim 2001教育版为蓝本。该软件提供了万用表、示波器、信号发生器等虚拟仪器。它的分析功能是以Spice为核心的，其自带的分析方法还是很丰富的。

   Protel软件以Protel 99 SE为蓝本，是个完整的全方位电路设计系统，包含了电路图的绘制、混合信号仿真、多层印刷电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成等功能。所有模块都集合在一个窗口里，并具有Client/Server体系结构，同时可与OrCAD、PSpice、Excel等软件相兼容。

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   本书简洁地介绍Protel、Pspice及Multisim等三种软件的使用，以及在电子电路仿真与设计方面的应用。三种软件的功能相近，但是各有所长，Pspice、Multisim两种软件主要侧重电路的仿真，Protel软件侧重电路图及PCB图的设计。

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