《电子电路CAD技术》课件 [自动保存的]精品

计算机辅助设计(CAD)由设计者根据要求进 行总体设计，提出具体方案，利用计算机存储 容量大、运行速度快的特点，由人用电子电路 CAD软件对设计方案进行模拟评价，设计检验 和数据处理等，如有错误或不理想，再重复上 述过程。由人(主导地位)和计算机通过CAD软 件来共同完成电子电路的设计任务。
电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation)技术是从计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试 （CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展 而来的。
电子电路CAD技术
主讲教师：余 淼
光电工程学院光电信息专业
• 本课程是为 “测控技术与仪器”、“光电
信息工程”、“电子科学与技术”及相关
专业的本科生开设的一门专业选修课程。
本课程的目的和任务是使学生通过本课程 的学习，了解电子电路CAD的基本概念，掌 握一些基本的电子电路CAD软件的使用方法 ，为后续学习以及从事电子电路设计工作 打好基础。
Pspice A/D中的数字和单位
数字：在Pspice A/D中，数字采用通常的科学方式， 即可以使用整数、小数和以10为底的指数。用指数 表示时，字母E代表作为底数的10。对于比较大或 比较小的数字，还可以采用下表
符号
f p n u mil
比例因子
10-15 10-12 10-9 10-6 25.4× 10-6
（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软件包中5个配套软件之间的相互关系
OrCAD/Model Ed （模型参数提取）
OrCAD/Capture CIS 电路原理图生成
OrCAD/StmEd 激励信号波形编辑
模型参数库
PSpice A/D 电路模拟 逻辑模拟 数/模混合模拟
OrCAD/Probe 信号波形显示分析
OrCAD/Optimizer 模拟电路优化设计
• 其主要任务是： • （1）学习OrCAD /PSpice A/D 9 软件包，包括绘图、分析、
波形显示、激励信号设置等模块。 • （2）学习电路特性分析方法，包括基本直流分析、直流
DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态分析TRAN、参数扫描 分析、统计分析。 • （3）学习波形显示的基本功能和使用方法，以及电路性 能分析高级技术。 • （4）学习逻辑模拟及数/模电路的混合模拟。 • （5）通过学习培养学生能独立利用CAD软件对电路进行分 析的能力，并能正确地显示信号波形和分析波形。
其主要功能是生成电路模拟中需要的各信号源。包括中需要 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软件就显得至关重 要。
EDA（Electronic Design Automation）电子电路 设计：按给定功能、特性指标→确定采用的电路结构及
元器件参数值→设计PCB。
设计过程： 提出设计方案
验证方案
No
满足要求？
Yes
修改
完成
传统方法：以上设计过程均由人工完成→人工设
计。其方案验证通常由搭电路方式进行→费钱、费时、 效率低。随设计要求提高和计算机广泛应用，电子线路 设计也发生了根本性的变革，--CAD和EDA.
EDA技术的发展分为三个阶段： •20世纪70年代，MOS工艺广泛应用。可编程逻辑技术及其器件已问 世，人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路板图编 辑、PCB布局布线等工作。 •20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS（互补场效应管）时代。 复杂可编程逻辑技术器件已经进入商业时代，相应的辅助设计软件 也已投入使用，这个阶段硬件描述语言出现了。 •20世纪90年代，硬件描述语言标准化确立，计算机辅助工程、辅 助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用 •21世纪后，得到 了更大的民展，突出表现在以下几个方面：
运行OrCAD/Pspice A/D 的有关规定
Pspice A/D支持的元器件类型 Pspice A/D中的数字和单位 Pspice A/D中的运算表达式和函数 电路图中的节点编号 输出变量的基本表示格式 输出变量的别名表示(Alias)
Pspice A/D支持的元器件类型
元件符号
C E F G H K_Linear L OPAMP R XFRM_LINEAR IAC IDC IEXP IPULSE IPWL IPWL_ENH ISIN VAC VDC VEXP VPULSE VPWL VPWL_ENH VSIN Sw_tClose Sw_tOpen PARAM
OrCAD/Layout Plus (PCB 设计软件)
30层 1um 1/60度 可3维显示
OrCAD软件的功能特点
(1) 高集成性 ； (2) 模块化、层次化设计和按项目有效管理 ； (3) 强大的电路模拟和波形显示功能 ； (4) 丰富的元器件模型库和封装库及扩充功能 ； (5) 强大的电路印制板设计功能 (6) 具有与多种EDA和CAD应用软件交换数据的功能 (7) 功能强大的机械接口和计算机辅助加工接口 (8) 软件的广泛适用性
可单独使用，又构成完整系统
OrCAD/Capture CIS (电路原理图设计软
件)
OrCAD/Express Plus (CPLD/FPGA 设计软件)
OrCAD/Pspice A/D (数/模混合模拟软件)
Optimizer (模拟电路优化设计)
逻辑模拟，VHDL综合 仿真 10万门以上，
Xilinx,Altera,Lattice…
•设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能； •在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强在的EDA软件 不断推出； •传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化； •EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容； •更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出； •基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模 块； •软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得 到进一步确认； •片上系统（SOC）高效低成本设计技术成熟。
附录A 常用元件符号、含义以及所属的库 含义 电容
电压控制电压源 电流控制电流源 电压控制电流源 电流控制电压源
耦合系数 电感
理想运算放大器 电阻
空心变压器 交流电流源(以频率为变量)
直流电流源 指数电流源 脉冲电流源 分段线性电流源 周期性分段线性电流源 正弦电流源(以时间为变量) 交流电压源(以频率为变量) 直流电压源 指数电压源 脉冲电压源 分段线性电压源 周期性分段线性电压源 正弦电压源(以时间为变量) 开关，于t时刻闭合 开关，于t时刻打开 设置元件参数为变量
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）
PSpice软件的发展
Berkley: SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit
E
m
p
h
a
s
i
s
)
1972 首次推出SPICE 1975 SPICE实用版(博士论文), 免费推广使用。 1982 发展为电路模拟的“ 标准”软件。
开始有偿使用。
使用教材：潘银松等编. 电子电路CAD. 重庆大 学出版社，2007年3月.
参考书目：
• [1] 贾新章编. OrCAD/PSpice 9 实用教程. 西安电子 科技大学出版社，1999年10月.
• [2] 贾新章等编. OrCAD/Capture CIS 9 实用教程. 西 安电子科技大学出版社，2000年11月.
MicroSim: 1983 用于PC机的PSpice1 (对应SPICE2G5版本)
OrCAD: 1998.4 与MicroSim合并 ，推出OrCAD/ PSpice8 2000.6 OrCAD/PSpice9.2 2003 OrCAD/PSpice10
电路模拟软件内部工作原理
OrCAD/Pspice 9的配套软件
和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，帮助 设计人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 器件库、绘制电路图、编制激励信号文件、确定踊踪点 、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。
• 理论课程结束考试采取上机闭卷考试，成 绩原则上占课程总成绩的70%。
目录
第1章 概论 第2章 电路原理图的绘制及后处理 第3章 PSpice软件与电路仿真分析 第4章 波形的显示与分析
第5章 逻辑模拟和数模混合模拟 第6章 电路优化设计
第１章 绪论
1.1 CAD技术和电子EDA
CAD(Computer Aided Design)技术是指以计算机硬件
所属的库
Analog Analog Analog Analog Analog Analog Analog Analog Analog Analog Source Source Source Source Source Source Source Source Source Source Source Source Source Source ANL_MISC ANL_MISC SPECIAL
（2）比例因子只能用英文字母，如10-6用U或u表示。电感值
L=1×10-6H，应写成L=1uH（或1U）。
（3）我们习惯上表示电容为多少法（F）时可以省略单位，但 PSPICE A/D中的F是飞（10-15），因此在表示电容值时，应 注明其单位。
1.2 电子电路CAD软件ORCAD
ORCAD软件是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出 的EDA软件，早期的ORCAD软件是工作于DOS环境下的 ORCAD4.0，集成了电路原理图绘制、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，后来 与Cadence公司合并后，ORCAD系列软件可工作于 Windows95与Windows NT环境下，集成了电路原理图 绘制、印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等 功能。它的电路模拟的元器件模型库已达到16000个 ，包含了几乎所有的通用型电路元器件模块，其软件 系统结构如图1-1所示。它包括了电子设计的四项核 心设计任务：
符号
m k MEG G T
比例因子
10-3 10+3 10+6 10+9 10+12
特别注意：
（1）比例因子可用大写也可用小写，如m和M都表示10-3。而国 标规定，m表示10-3，M表示10+6，我们通常的习惯也是这样 。为了防止混淆，在该软件中用MEG表示10+6。这一点在使用 时应特别小心。
• [3] 张义和编. 全能电路图设计 OrCAD Capture V9. 中国铁道出版社，2000年4月.
• [4] 郑光钦编. 全能混合电路仿真OrCAD PSpice A/D V9. 中国铁道出版社，2003年3月.
• 成绩评定的内容主要包括课程结束考试、 阶段测试和平时成绩等。阶段测试以实验 报告为主，平时成绩包括出勤情况、课堂 互动等。