《电子电路cad技术》课件 [自动保存的]

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。 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。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 . 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。 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 6章 电路优化设计 第 3章 PSpice软件与电路仿真分析第 1章 概论第 2章 电路原理图的绘制及后处理第 4章 波形的显示与分析 第 5章 逻辑模拟和数模混合模拟 第章 绪论CAD(Computer Aided Design)技术 是指以计算机硬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。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。1.1 CAD技术和电子 EDA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.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。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：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。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：1.2 电子电路 CAD软件 ORCAD可单独使用，又构成完整系统逻辑模拟， VHDL综合 仿真10万门以上，Xilinx,Altera,Lattice30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 PSpice软件 的发展Berkley: SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)1972 首次推出 SPICE1975 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。MicroSim: 1983 用于 PC机的 PSpice1 (对应 SPICE2G5版本 )OrCAD: 1998.4 与 MicroSim合并 ，推出 OrCAD/ PSpice82000.6 OrCAD/PSpice9.22003 OrCAD/PSpice10 电路模拟软件内部工作原理OrCAD/Pspice 9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软件包中 5个配套软件之间的相互关系运行 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支持的元器件类型附 录 A 常用元件符号、含 义 以及所属的 库元件符号 含 义 所属的 库C 电 容 AnalogE 电压 控制 电压 源 AnalogF 电 流控制 电 流源 AnalogG 电压 控制 电 流源 AnalogH 电 流控制 电压 源 AnalogK_Linear 耦合系数 AnalogL 电 感 AnalogOPAMP 理想运算放大器 AnalogR 电 阻 AnalogXFRM_LINEAR 空心 变压 器 AnalogIAC 交流 电 流源 (以 频 率 为变 量 ) SourceIDC 直流 电 流源 SourceIEXP 指数 电 流源 SourceIPULSE 脉冲 电 流源 SourceIPWL 分段 线 性 电 流源 SourceIPWL_ENH 周期性分段 线 性 电 流源 SourceISIN 正弦 电 流源 (以 时间为变 量 ) SourceVAC 交流 电压 源 (以 频 率 为变 量 ) SourceVDC 直流 电压 源 SourceVEXP 指数 电压 源 SourceVPULSE 脉冲 电压 源 SourceVPWL 分段 线 性 电压 源 SourceVPWL_ENH 周期性分段 线 性 电压 源 SourceVSIN 正弦 电压 源 (以 时间为变 量 ) SourceSw_tClose 开关，于 t时 刻 闭 合 ANL_MISCSw_tOpen 开关，于 t时 刻打开 ANL_MISCPARAM 设 置元件参数 为变 量 SPECIALPspice 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 比例因子 符号 比例因子f 10-15 m 10-3p 10-12 k 10+3n 10-9 MEG 10+6u 10-6 G 10+9mil 25.4 10-6 T 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。（ 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=110 -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。电路图中的节点编号 由设计者设置的节点名称 为电路端口符号确定的节点名称 用元器件的引出端作为节点号名称 用数字编排作为节点序号。输出变量的基本表示格式（ 1）电压变量的基本格式输出变量是一个电压： V（节点号 1，节点号 2）（ 2）电流变量的基本格式输出变量是一个电流。 I（元器件编号 ，引出端名 ）输出变量的别名表示 (Alias) （ 1）交流小信号 AC分析中的输出变量名VAC标示符 （节点号 1，节点号 2）VAC标示符 （元器件编号 ：引出端名 ）（ 2）用元器件引出端名表示的输出变量第 2章 电路原理图的绘制及后处理电路图的绘制及后处理是由OrCAD/Capture CIS软件完成。本章主要介绍应用 OrCAD/Capture CIS软件进行电路设计的方法，结合结合单页式电路图的绘制，详细介绍电路图编辑模块的基本操作方法。1 设计项目管理模块 （管理电路图的绘制，处理电路图与ORCAD中其他软件之间的接口和数据交换等）2 电路图绘制模块 （生成各种类型的电路设计原理图）3 电路设计的后处理工具 （对电路图中的元器件进行自动编号、