电子线路CAD软件.docx

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电子线路CAD软件

绪论

1.　电路CAD/EDA技术概述

随着科学技术的迅猛发展和计算机的普及应用，计算机技术已经成熟，并已渗透到人们的科研、生产、工作、生活等各个领域。

世界上许多公司为了自己的CAD软件能在激烈的市场竞争中占有一席之地，纷纷推出具有自己公司特色的CAD软件，经过多年的实践检验、不断修改和完善，或优存劣汰，或收购兼并，或强强联合，CAD技术已日臻成熟。

提到电子设计自动化，还得从上世纪80年代世界上许多公司相继推出应用于微机系统的电子CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）软件说起。

CAD是一种通用技术，除了在机械、建筑等其它许多行业得到广泛应用之外，借助美国加洲大学伯克利分校的SPICE3f5/XSPICE作为仿真引擎，世界上许多公司还推出各种用于电子行业的优秀EDA软件；从另一个角度讲，CAD（计算机辅助设计）是电子设计的物理级初级阶段；CAE（计算机辅助工程）是电路级设计阶段；EDA（电子设计自动化）是高级的电子系统设计阶段。

衡量一个软件的优劣，其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率，也就是它的普及和流行程度。

正如鲁迅先生所说：

“其实地上本没有路，走的人多了，也便成了路。

”说到EDA软件，美国Cadence公司的OrCAD、加拿大InteractiveImageTechnologies公司的EWB、澳大利亚Altium公司的PROTEL、美国MentorGraphics公司的PADS都是其中有代表性的佼佼者。

EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段：

70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。

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，又增加了电路功能设计和结构设计，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。

CAE的主要功能是：

原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB分析。

90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段。

    如何借助计算机掌握电子电路的仿真设计和制板技术，不仅是从事电子行业人员的基本功和技术要求，更是时代的一种潮流。

我们在这里谈一点肤浅看法，与广大读者共同交流。

2.　常用的电子线路CAD软件

现今较常见的EDA软件除了我们常见的Protel、EWB、MAX+PLUSⅡ以外，还有Pspice、Multisim、TinaPro、ORCAD、VISIO、PowerPCB等许多。

其中Pspice、EWB、Multisim、TinaPro等都是主要用于电子线路仿真的软件。

PROTEL软件是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电路设计者的首选软件。

它较早在国内使用，普及率也最高，许多高校都专门开设了课程来学习它，几乎所有的电路公司都要用到它。

Protel的前身是美国的ACCELTechnologies公司的TANGO软件包，当时它只能运行在计算机的DOS操作系统下，直到微软公司的Windows操作系统问世以后，1991年由澳大利亚的ProtelTechnology公司最早推出ProtelforWindows1.0版本，其间随着计算机技术取得了令人瞩目的长足进步，ProtelTechnology公司相继推出ProtelforWindows2.0、ProtelforWindows3.0、Protel98，1999年初，Protel公司推出Protel99。

Protel99是一个基于Windows平台的32位EDA设计系统，集电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成等功能于一身。

它具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、有丰富的原理图元件库、极其全面的工具、文档及设计项目的组织能力，Protel软件的良好信誉以及它的卓越表现，很快成为了众多EDA用户的首选和喜爱软件，Protel软件资源丰富，而且学习和入门比较容易，非常适合初学者设计一些相对简单的电路和制板。

Protel公司后来又推出Protel99SE（SecondEdition），是Protel99的改良加强版，主要是在PCB制版方面增加了一些更实用的功能。

现在Protel公司已经改名为Altium公司，跨入新世纪后，Altium公司耗时两年，不断革新和优化功能，终于在2002年推出了它的基于WindowsXP操作系统的得意巨作ProtelDXP。

ProtelDXP是新一代的板级电路设计系统，与Protel99SE相比，除功能更加完备以外，其界面风格更加成熟、更加灵活，尤其在仿真和PLD电路设计方面进行了改进。

由于它的功能强大、设计严谨、对操作系统有要求，给初学者入门带来了一定的难度，另外它占用计算机的系统资源比较多，目前使用ProtelDXP的用户不如使用Protel99SE普及。

不过，Protel99SE的电路仿真功能好像有些不尽人意。

ORCAD是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件。

它是世界上使用最广的EDA软件之一，每天都有上百万的电路工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是比较强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电路设计者使用它。

早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、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，而且它的界面友好且直观。

它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。

ORCAD公司在与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于Windows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。

它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电路元器件模块。

它的强大功能导致了它的售价不菲，在北美地区它的世纪加强版就卖到了7995美元，当然这对它的普及应用也起到了一定的负面作用。

PSPICE是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。

在电路仿真方面，它的功能可以说是最为强大，在国内被普遍使用，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。

PSPICE发展至今，已被并入ORCAD，成为ORCAD－PSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用，新推出的版本是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件，它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。

无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。

对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。

EWB（ELECTRONICSWORKBENCHEDA）软件是加拿大交互图像技术有限公司（INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd）于1988年推出的颇具特色的EDA软件，曾风靡全世界。

到目前为止，至少有35个国家、被译成10多种语言在使用。

它以其界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，早在上世纪90年代就在我国得到迅速推广，许多大专院校把EWB5.0编入教材，作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。

相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿真功能十分强大，几乎100％地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入。

在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件。

对于电路设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无须动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只须点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。

EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出能被ORCAD或PROTEL读取的格式，该软件只有英文版，在中文版的Windows下它的一些图标会偏移两个位置，但不影响它的使用。

跨入21世纪初，加拿大IIT公司在保留原版本的优点基础上，增加了更多功能和内容，将EWB5.0版本更新换代推出EWB6.0，并更名为MultiSIM（Multi：

多重、万能；SIM：

仿真），即Multisim2001，2003年升级为Multisim7，2005年初又在其官方网站上发布Multisim8.0。

相比之下Multisim7版本比较成熟稳定，功能已十分强大，能胜任电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路、RF电路、电力电子及自控原理等各方面的虚拟仿真；并提供多达18种基本分析方法。

目前，加拿大IIT公司官方网站还在不断发布Multisim8.0的补丁，已求尽善尽美。

VISIO是VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件。

在早期它主要用作商业图表制作，后来随着版本的不断提高，新增了许多功能。

VISIO4.0已是个多功能的流程图制作软件，进入国内后很受软件工作者的欢迎。

它的界面很友好，操作也很简单，但却具有强大的功能，可以绘出各种各样的流程图，它不仅仅局限在商业、软件业和电路设计领域，也是所有软件设计者必不可少的工具，可以用它制作的流程图包括电路流程图、工艺流程图、程序流程图、组织结构图、商业行销图、办公室布局图、方位图……在微软公司的OFFICE中就集成了VISIO4.0的组成部分。

VISIO2000被宣称为是世界上最快捷、最容易使用的流程图软件，并比以前的版本增加了更多的功能。

VISIO只有英文版，但由于它的直观界面，即使英文不好的人也可以较快学会使用它。

TinaPro是重要的现代化EDA（ElectronicDesignAutomation，即电子电路设计自动化）软件之一，用于模拟及数字电路的仿真分析。

其研发者是欧洲（匈牙利）DesignsoftInc.公司，目前大约流行四十多个国家，并有二十余种不同语言的版本，其中包括中文版，大约含有两万多个分立或集成电路元器件。

3.　本课程的内容和学习方法

本教材以计算机辅助设计（CAD）为引导，粗略的探讨了一下“电子线路的计算机仿真分析”、“电子线路的计算机辅助设计”和“印刷电子线路板的制作”等电子产品设计制作方面的知识。

因为电子工程能力往往是在实际动手操作的过程中逐步培养出来的，所以我们比较重视知识内容的可操作性，重视对学生工程实践能力的培养。

第1篇的四个仿真软件，我们不需要要求学生全部掌握，因为这几个软件各有优势：

EWB软件简单易学，大多数学校将其作为学生学习电路仿真软件的首选；Multisim2001软件作为其升级版本，功能大大增加，特别是可以在高频电子线路课程中进行仿真实验，但是其入门的难度也有所增加；TinaPro软件是一款具有中文菜单和中文帮助的软件，具有很友好的界面，深受同学们喜欢；Proteus软件教学中常常用在对单片机电路的仿真中。

这四个软件大家可以根据自己的实际情况有选择的学习。

第2篇我们主要讲Protel99se软件，也是本着学生在实际工程实践过程中实用的原则来编写的，大家可以一步一步的学习，也可以先浏览第6章的一个简单的具体工程设计实例，了解其步骤，先抓主线，再细化学习。

第3篇主要讲印刷电路板的常识和制作方法，在印刷电路板的快速制作方面，仁者见仁智者见智，有很多的方法，我在此罗列了几种，仅供大家参考交流。

第一篇电路仿真软件

第1章电路仿真概述

电路仿真，就是用计算机来帮助人们分析或者设计电子电路。

它是CAD和EDA技术的重要组成部分，是在电脑内借助虚拟模拟软件（如；EWB、ORCAD等）、模拟出电路的基本工作现象，并把电路工作时体现出来的现象（如声音，频率、各点的电压值、各点的电流值和工作波形图等参数），完全真实的表现出来，几乎与现实的无太大差别，可以方便的解决电子工作者在设计方面的诸多难题。

仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。

直到80年代初，CAD软件还只能在小型机或专用的工作站上运行。

近年来，新型微机系统功能越来越强，微机上的EDA软件也发展到了相当的水平。

第2章电路仿真软件EWB

从事电子产品设计、开发等工作的人员，经常需要对设计的电路进行实验和调试。

以往的实验往往在面包板上进行，根据实验结果不断更新元器件或修改参数，直至达到设计要求。

但由于受工作场地、仪器设备和元器件品种、数量的限制，有些实验往往无法及时完成。

即使能完成，由于插装元器件和连接导线费时费力，工作效率低。

随着计算机技术的发展，电子电路的仿真或模拟已成为电子系统设计的必要手段。

在仿真过程中，仅需操作鼠标即可设计电路、更换元器件、修改参数、测量数据和观察波形，直至电路最优，80年代末90年代初，加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出了专门用于电子电路仿真的虚拟“电子工作台”（ElectronicsWorkbench——简记为EWB），它可以仿真模拟电路、数字电路和混合电路，目前已在电子工程设计和电工电子类课程教学领域得到了广泛应用。

2.1EWB简述

2.1.1EWB简述

EWB与其它电路仿真软件相比较，具有界面直观、操作方便等优点，它改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处，创建电路、选用元器件和测试仪器均可以直接从屏幕图形中选取，而且测试仪器的图形与实物外型基本相似。

实践证明，具有一般电子技术基础知识的人员，只需几个小时就可学会电子工作台的使用，从而大大提高了电子设计工作的效率。

EWB是一种非常优秀的电子技术实验训练工具，因为电子技术类课程是实践性很强的课程，作为该类课程的辅助教学和实验训练手段，它不仅可以弥补经费不足带来的实验仪器、元器件缺乏，而且排除了材料消耗和仪器损坏等故障，可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲授的内容，加深对概念和原理的理解；弥补课堂理论教学的不足；而且通过仿真，可以熟悉常用电子仪器的使用方法和测量方法，进一步培养学主的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力。

2.1.2EWB的特点与功能

EWB最显著的特点是：

仿真的手段切合实际，选用元器件和仪器与实际情况非常接近。

绘制电路图所需的元器件，仿真所需的仪器仪表均可在屏幕上直接选取，而且仪器的操作开关、按钮类同真实仪器，既容易学习又使人特别感兴趣。

通过仿真，既熟悉了仪器的使用方法又掌握了电路的性能。

EWB的元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值，因此仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路原理、自学电路内容、开发设计新的电路极为方便。

同时，根据需要也可以新建或扩充已有的元器件库，因此大大方便了使用人员。

EWB提供了非常丰富的电路分析功能，包括电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、线性和非线性分析、噪声和失真分析等常规分析方法，还提供了离散傅立叶分析、电路零极点分析和交直流灵敏度分析等多种电路高级分析方法，以帮助设计人员研究电路性能。

另外，它还可以对被仿真电路中的元器件人为设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，针对不同故障可以观察电路的各种状态，从而加深对概念原理的理解，这是在实际实验中很难做到的，这是电子工作台完成虚拟实验的突出特色。

在进行仿真的同时，它还可以存储测试点的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据，列出被仿真电路的所有元器件清单等。

电子工作台所提供的元器件和目前较常用的电子电路分析软件Pspice的元器件库是完全兼容的，换句话说，两者之间可以相互转换。

同时，在该软件下完成的电路文件可以直接输出至常用的印刷线路板排版软件，如PROTEL和ORCAD等软件，自动排出印刷电路板图，从而大大加快了产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率。

EWB还提供了大量的常用实例电路库，而且伴有电路阐述、实验建议等说明，供使用者参考和教学演示用。

使用者可以对这些电路进行仿真、修改等，进一步发挥各自的创造能力。

使用者也可以将自己设计的电路存储到该电路库中，以丰富电路库内容。

2.2EWB的安装

目前，InteractiveImageTechnologies公司已推出了5.12版本EWB，其功能和元器件库已覆盖了5.0版本的内容。

因此，本书主要介绍5.1版本EWB的操作使用。

但其菜单命令和工具栏也同样适用5.0版本的EWB。

2.2.1EWB要求的设备环境

1.计算机硬件环境

*CPU：

PC486以上

*内存：

8MB以上

*硬盘：

30MB以上

注意：

程序运行时，将建立临时性文件，该文件占硬盘空间的缺省规模大约是20MB，当文件达到最大限度的规模时，可以选择：

*停止仿真，

*放弃已有的数据，继续进行仿真，

*系统要求提供更大的磁盘空间。

2.软件环境

ElectronicsWorkbenchV5.1要求在Windows95或WindowsNT以上环境下运行，现在大多数用户使用的是Windows98或WindowsXP操作系统。

2.2.2软件安装

ElectronicsWorkbench5.1的安装是基于Windows的操作界面之下，至于安装源盘是软盘还是CD光盘，操作系统是Windows98还是WindowsXP，其安装过程稍有差别，但基本步骤大致相同。

ElectronicsWorkbench分个人版和网络版，购买软件后，均有详细的安装说明，这里不在详述。

2.3EWB的软件界面

2.3.1EWB的主窗口

启动EWB5.1图标后，可以看到其主窗口如图2-1所示。

图2-1EWB主窗口

主窗口中最大的区域是电路工作区，在该区域可以创建电路和测试电路。

工作区的上方分别是菜单栏、工具栏和元器件库栏。

从菜单栏可以选择电路连接实验所需的各种命令。

工具栏包含了常用的操作命令按钮。

元器件库栏包含了电路实验所需的各种模拟和数字元器件以及测试仪器。

通过操作鼠标即可方便地使用各种命令和实验设备。

按下“启动/停止”开关或“暂停/恢复”按钮，即可以进行实验（仿真）。

此时，一个元器件丰富、仪器设备齐全、电路连接方便的虚拟电子实验台展现在我们面前。

2.3.2EWB的菜单栏

EWB的菜单栏在图2-1所示主窗口的上方，包括File、Edit、Circuit、Analysis、Window、Help菜单，下面分别介绍其功能。

图2-2File菜单

1.File菜单

用鼠标选中File，弹出如图2-2所示的菜单。

该菜单命令主要用语管理“Workbench”创建的电路和文件。

*New（刷新）---Ctrl+N。

执行该命令将刷新电路工作区，建立新电路文件，若电路工作区原先已有电路，执行New后，将提问是否存储原先的电路。

形成的电路文件的后缀为“.EWB”。

*Open（打开）---Ctrl+O。

打开先前已创建的电路文件，并在屏幕上显示对话框，根据对话框，可以选择驱动器位置、文件目录、文件类型和文件名。

选择完毕，可将该电路调入电路工作区。

*Save（存储）---Ctrl+S。

用于存储电路文件，在存储新的电路文件时，会出现对话框供用户选择驱动器位置和文件目录。

*Saveas（更改存储）。

当想存储的电路文件不使用原先的文件名或需改变存储路径时，可执行该命令，选择新的文件名或新的路径。

*Reverttosaved（恢复存储）。

执行该命令，可将刚才存储的电路恢复到电路工作区内。

*Import（输入）。

输入一个spice网表文件（扩展名为.net或cir），并将它转换成电路图。

*Export（输出）。

输出一个网表文件，将电路以文件格式保存，扩展名为下列形式的一种：

.net，.cmp，.cir，.plc。

*Print（打印）---Ctrl+P。

执行该命令会出现对应选择对话框，用户可根据要求选择打印电路图、元器件数量、仪器测试结果等，点击需打印项目，按“Print”键即可打印输出。

*PrintSetup（打印设置）。

Workbench5.1打印是采用windows的控制面版缺省设置的打印机，打开PrintSetup出现一对话框，根据对话框提示，可设置打印机类型、打印质量、纸张大小、打印方向和份数等。

2.Edit菜单

用鼠标选中Edit，弹出如图2-3所示的菜单。

该菜单命令主要用于对电路、元器件进行各种处理。

图2-3Edit菜单

*Cut（剪切）Ctrl+X。

该命令可以对电路工作区内的元器件、电路和阐述等进行剪切，将结果存放在剪贴板中，以供粘贴到其他位置。

但原位置的内容将消失。

注意：

Cut命令不适用于仪器的搬移，若要移动仪器，可按住鼠标直接移动。

具体操作步骤如下：

（1）鼠标指在需剪切元器件或电路的左上方按住左键拖拽成矩形，直至所需元器件、电路均包括在矩形内，放开左键（此时定元器件显示红色）。

（2）执行Cut命令，原选定内容消失。

（3）将光标移至新安放位置，执行Paste（粘贴）命令，剪贴板内容就粘贴在电路工作区内。

*Copy（复制）---Ctrl+C。

Copy命令可将电路工作区内的元器件、电路和阐述等结果放在剪贴板中，以供粘贴到其它位置，且原位置的内容将保留，Copy的操作过程与Cut命令相似。

*Paste（粘贴）---Ctrl+V。

Paste命令可将剪帖板上的内容粘贴到所需位置，但被粘贴位置的文件性质必须与剪贴板内容性质相同，如不能把元器件或其他图形文件粘贴到阐述区内，只能将其他应用软件的文本内容粘贴到阐述区内。

*Delete（删除）---Del。

执行Delete将永久删除选定的元器件、电路或文本，但不影响剪贴板的内容。

执行Delete命令必须十分小心，因为删除的内容无法恢复！

*CopyAllBitmap（局部复制）---Ctrl+I。

用于复制工作界面内的局部内容（也可以全部），将结果存入剪贴板，可供其他电路、文件或其他应用程序（如Word）进行加工处理。

复制步骤如下：

（1）选择Edit/CopyAsBitmap。

光标变成“十”字行。

（2）单击鼠标并拖拽形成一矩形框，将其包围所要复制的所有图形。

（3）释放鼠标按钮。

*ShowClipboard（查看剪贴板）。

可查看剪贴板内容。

3.Ciruit菜单

用鼠标选中Circuit，弹出如图2-4所示的菜单。

该菜单命令主要用于电路的创建以及显示。

图2-4Ciruit菜单

*Rotate（旋转）----Ctrl+R。

执行该命令，可将选定的元器件逆时针方向旋转90度。

*FlipHorizontal（水平反转）。

执行该命令，可将选定的元器件水平反转。

*FlipVertical（垂直反转）。

执行该命令，可将选定的元器件垂直反转。

*ComponentPropert