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高性能低价位的印制线路板设计工具

菜鸟
2003-03-29 18:16:00    评分
印制电路板台式CAE 工具具有各种功能,在当今经济紧缩的年代这种低价位的工具更显其价值之所在。   作者: Gabe Moretti,技术编辑   PC(个人电脑)的硬件和软件能力已逐渐逼近或者达到工作站硬件和软件的性能。除此之外,因特网的普及已经改变了计算模式,允许工程师们利用一批功能不太强大的计算平台去解决原来需要一台价格不菲的计算机才能解决的印制电路板设计问题。与此同时,CAE行业也涌动着重大的合并与收购浪潮。   你可能认为这种重大的并购活动会缩小基于PC产品的市场规模而有利于利润较高的基于工作站的产品。但这种情况并没有发生;PC市场在从事印制电路板和FPGA设计与开发的工程师与技术人员的需求不断增长的推动下反而以稳健的步伐持续增长。在大多数PC用CAE产品价目表中定价低于10,000美元,但实际能力却与价格更高的基于工作站的相应产品相同。如果你必须设计一块有2000个以上有源元件的印制电路板或者需要使用性能驱动的开发,那么,你仍然需要使用基于工作站的产品。根据摩尔定律,每一年半半导体技术便会使更大的IC面世。考虑到这一点,印制电路板上的有源器件数目正在减少,设计师们使用PC进行的印制电路板设计要比以前更多。另一方面,高速设计很复杂,设计师愈来愈多地利用参数驱动的开发方法来解决与电、磁寄生效应有关的问题。这些方法几乎都需要使用一个工作站以及现有的功能最强大的CAE工具。因此,基于PC的和基于工作站的产品市场仍然会持续增长。   部分实例   设计师一般要输入一块印制电路板的电路图,进行若干模拟运作,在印制电路板上对元件进行布局布线,然后生成制造信息。大多数印制电路板设计师都使用在Microsoft的 Windows或NT操作系统下运行的工具。然而,某些工程师更愿意使用苹果公司的产品,他们也可以找到很好的软件工具来帮助他们完成设计任务。Capilano Computing公司在市场上销售用于Macintosh和iMAC的 DesignWorks Professional。按照DesignWorks Professional的价目表定价,如果从网上下载,则为395美元;如果想要一张CD(光盘)和一本使用手册,则为495美元。它还配备有支持13种状态的逻辑空间、售价为395美元的数字逻辑模拟选件。DesignWorks Professional可利用所有标准编辑功能来支持分层设计输入,并可提供总数为13,000个以上符号的元件库,以及可输出通用格式文件,作为运行在苹果平台Windows上的布局布线程序的输入。   Vamp 公司提供在Macintosh上运行的印制电路板设计工具,如EDS-1,该工具能将电路图捕获、印制电路板布局、Gerber翻译以及支持等实用程序集成在一起。EDS-1的价格为1495美元。EDS-2增加了数字模拟程序,定价为1895美元。电路图编辑程序包含有一个便于电路图符号互连的自动互连布线引擎。该编辑程序支持用户定义的符号库。印制电路板布局部分仅支持利用点对点布线程序的人工布线,但是,你可以购买多达16层采用推挤(push-and-shove)技术的优化的全功能布线引擎。最便宜的布线引擎的售价为895美元。标准布线引擎具有自动通孔插入、设计规则检查、自动建立接地层以及自动散热布局等功能。你也可以单独购买该捆绑产品中的各个部件。例如,DesignWorks Professional与Vamp公司的印制电路板布局产品相兼容,可以选择。   使用Windows平台的工程师可以找到许多廉价印制电路板设计工具供应商。例如Altium Ltd公司就在市场上销售多种商标的CAE产品。这家公司最初开发并销售商标为Protel的产品,但是,经过几次并购后,该公司的产品也多样化了。在2001年8月,该公司更名为Altium公司并销售Protel和P-CAD系列产品;Protel在美国以外的市场上比较受欢迎,P-CAD在美国则有一大批支持者。Altium公司通过在两个产品系列中加大技术的交叉使用来逐渐合并这两种系列产品,因为它们所供应的市场具有相同的需求,不过现在尚不立即将它们的商标更为Altium商标。   Protel是电路板级设计系统的商标名。其最新产品是去年7月份推出的Protel DXP,价目表定价为7995美元。它具有电路图输入、电路仿真、布局前和布局后的信号完整性分析、规则驱动的电路板布局以及编辑等功能。这一新版本增加的重要功能是Situs Topological Autorouting引擎。该自动布线程序采用拓扑路径映射分析法来找到潜在的布线路径,即使是在非正交方向上也是如此,并可将它们变换成完成的布线。拓扑路径映射技术可以允许该工具为任意几何形状的印制电路板和元件进行布线,这样就无需在布线之后进行清理工作。Protel DXP支持盲孔与埋孔布线以及推挤交互式布线,并允许设计师规定设计变量。Protel DXP中的仿真程序是以Spice 3f5和Xspice为基础的。它支持混合模数仿真,你可以从电路图捕获窗口直接调用。你不仅可以实现温度与参数扫描以及Monte Carlo部件公差分析,而且还可以进行全套的标准Spice分析。信号完整性分析程序将传输线计算与I/O缓冲器宏模型用作输入。你可以在进行最终的电路板布局布线之前,根据信源电路图来进行初步的阻抗与反射仿真。你还可以在完成电路板布局之后进行这些分析以及串扰分析,以验证候选的实现方案。   P-CAD产品系列在基于PC的CAE产品方面享有先驱公司之一的声誉。P-CAD 2001是最新一代软件。该捆绑软件包括电路图输入、交互式布局布线、基于形状的自动布线、工程文件编制与注释、混合信号电路仿真、程序库管理以及CAM (计算机辅助制造)等工具。整套软件的售价为9995美元。该产品的电路图输入功能与Protel的相同,但用户接口不同,这是因为Altium公司试图保持已安装的软件所习惯的视觉和感觉。   电路图输入产品的接口常常是选择工具的主要因素。设计师需要把精力集中于设计的内容上,并更看重几乎像他们第二天性那样的功能。一旦设计师了解了一种界面,要改用另一种功能更强大但具有不同接口的工具就需要付出很高的代价。用户难以利用新菜单,并会在可能跨越几个设计的过渡期间牺牲效率和精度。因此,改用工具必定存在令人信服的功能上的理由,而Protel产品系列与P-CAD产品系列之间功能上惟一的主要差别就是自动布线程序。P-CAD系列使用许多引擎,其中包括启发算法、两层电源与地线布线程序、存储器布线程序、扇出布线程序、许多用于图形布线的算法、推挤算法、撕裂算法、使印制线间距相等的制造工序以及支持制造设计的清除例行程序。Altium公司每年都为产品进行免费维护,并认为购买者应当享有免费维修的权利。增强功能需要花钱,但不买升级产品则是用户的自由。   Cadence Design Systems公司提供一系列既适用于PC平台又适用于工作站平台的产品。Cadence PCB Design Studio是该系列中的低端产品,其99年的特许使用费为9995美元。该产品系列的核心是Specctra布线程序,它是基于形状的引擎,可处理需要复杂设计规则的高密度印制电路板。除Specctra引擎之外,Cadence PCB Design Studio还采用该公司高端产品使用的Allegro编辑技术。它具有设计输入功能、程序库管理功能以及印制电路板编辑功能。可用的选项包括制约因素驱动的高速设计、原程序语言、先进的物理规则检验以及变量设计能力。   收购Orcad之后,Cadence公司获得了一种新的适用于印制电路板设计的低端产品系列,即售价为7495美元的Orcad Unison Suite。该产品系列包括Orcad Capture电路图编辑程序、PSpice A/D Basics混合信号仿真程序、Orcad Layout Editor以及Specctra 4U自动布线程序。其中的仿真程序可与电路图编辑程序相组合,就可启动按钮和进行交叉探查。该仿真程序也支持使用行为模拟模型并允许实现DC (直流)和AC (交流)扫描、瞬态分析以及噪声分析和傅理叶分析。Orcad Layout Editor含有一个16层基于栅格的自动布线程序,可支持一个元件或几组元件的人工布局。   尽管基于栅格的布线法用于元件密度不大的印制电路板绰绰有余,但当可用的布线空间非常宝贵时,就不能胜任了,因为它往往会产生附加的信号层,增加印制电路板的制造费用。为了避免这种情况,Orcad Union Suite包括一种版本的Specctra布线程序,这种基于形状的布线程序可在4个信号层上同时进行布线。这种工具可满足高速电路设计中必需的网络调度、定时、串扰以及特殊几何形状等要求。Cadence Design Systems公司将Orcad产品系列看作是一种提高个人生产效率的工具,而将PC Design Studio的应用定位于由分成小组工作的工程师。   Electronics Workbench公司开发并销售适用于PC的各种CAE工具。今年,该公司将其中的一些产品捆绑成两套产品出售,专门面向印制电路板开发商。售价为4495 美元的Professional Suite 包括电路图输入、仿真、布局以及布局布线等工具。售价为9995 美元的PowerPro Suite不仅具有Professional Suite的所有功能,还可支持RF(射频)设计,支持多达64层并且能利用可编程逻辑器件进行VHDL协同仿真。PowerPro Suite有Multisim、Ultiboard和Ultiroute三个单独的部件。尽管公司的网站只介绍这三个部件,但这两套产品自2002年4月起就已上市。   Multisim是一个紧密集成的软件包,具有电路图输入、元件数据库和Spice仿真三种功能,并允许设计师天衣无缝地从一种功能转换到另一种功能(图1)。它还有一个RF设计套件,用以提高Spice用于较高频率设计时的功能。Multisin的数字仿真程序与集成的模拟仿真程序相组合,就可进行真正的混合信号仿真。数字仿真程序既支持VHDL 93又支持IEEE 1364版本的Verilog语言。Ultiboard特点是具有能对各层明暗进行调节的“调光层”,从而使你能让某些层不透明而某些层透明,这样就可提供“鸟瞰窗口”以便显示相对于整块电路板的有源层。“转至错误”功能允许你单击出错登录文件中的违反设计规则,并使光标自动地移到图中有问题的位置上。Ultiroute既使用基于栅格的布线程序,又使用无栅格的布线程序。它通常将印制线放在栅格上,但在必要时可使印制线移出栅格。因此,它可以在任何形状的轮廓四周进行布线。   收购Innoveda公司之后,Mentor Graphics公司获得了包括支持在PC上进行印制电路板设计的Pads产品系列。Mentor Graphics公司至今尚未提供利用Pads单点工具的捆绑产品,因此,你必须根据现有工具的目录自己制造。这一批单点工具售价3000~ 7500美元。如果你需要这些工具提供所有功能,则总费用稍大于10,000美元。   你可从DxDesigner和PowerLogic这两种电路图输入产品中选择。高端DxDesigner是Innoveda公司的产品,其主要优点是它可与其他Mentor 公司印制电路板产品系列相兼容。PowerLogic是地道的Pads产品,可用作PowerPc印制电路板的前端,并可提供简单而又有效的导向与编辑指令。可以将你在PowerLogic中定义的属性传递给Pads下游工具,工程修改指令功能允许你确保整个设计是最新的。   DxAnalog混合信号仿真引擎将增强型Spice3和Xspice两种模拟引擎与12态数字仿真引擎组合在一起。它适合对电子、机械与物理等综合工程领域中的开关电源、RF通信系统、互连系统、信号处理电路、功率放大器以及控制系统进行仿真。基于形状的设计布局工具PowerPCB支持Microsoft Automation方法、Visual Basic以及OLE(目标链接与嵌入)功能。该工具具有“回避”与切割功能,允许你确定机械区域以确保印制电路板与硬件外壳准确吻合。PowerPCB许可证包括BlazeRouter自动布线程序,该布线程序采用任意角度和对角线布线算法以及推挤和撕裂重试技术。集成的可测性设计布线技术可在布线时自动地添加测试点。BlazeRouter HSD是一种新的选件,它支持匹配长度差分线对和最小/最大长度网络。Pads的其他单点工具包括串扰分析、EMC分析以及用于分析跨越多块电路板的印制线的多电路板选件。   涉足该市场的另一家公司是Pulsonix公司,它销售具有电路图输入与印制电路板设计布局功能的产品。设计师在设计中使用的引脚数,以及自动布局与自动布线引擎的可用性决定着各种配置的价目表定价。功能最小的配置也可支持多达1000个引脚,其售价为1395美元,功能最强大的配置则包括自动布线程序,其售价达到4950美元。除了最普通的布线功能外,自动布线程序还支持斜交或有拐角的印制线,多达16个层,外加电源和地线,以及用户定义的区域内及区域外的布线。这家公司还提供一种售价为995美元的Spice混合信号仿真程序版本。   Zuken公司提供售价低于10,000美元的两种CADstar版本。售价为4600美元的 Bronze Plus和售价为7600 美元的Silver Plus两种产品都包含有库编辑程序、CADStar电路图、CADStar 印制电路板以及独立的布线编辑程序。Bronze Plus版本支持多达2000个引脚的设计,而Silver Plus版本则可处理多达3500个引脚。CADStar 印制电路板之所以能支持模拟设计,乃是因为它具有如下功能:铜填充;拼合铜电源平面、部分铜电源平面和全铜电源平面;弯曲与斜的铜连接;切割;灵活的拐角影线;以及不均匀间隔。它还支持用户定义的“泪球”大小或连接线的尺寸,你可以将它们放在印制线、通孔或焊盘上。布线编辑程序利用无栅格算法支持人工的、交互式的和自动的布线。该产品还具有设计规则检验功能。   所有这些产品的共同特点就是易于使用。EDA供应商不能对复杂产品提供高成本的支持,因此,他们将注意力集中在直观的用户接口上,并尽量维持以往版本的传统外观与形象。另外,内容详尽的在线用户手册和网上指南也是可利用的资源。决定购买哪种EDA工具的工程师们应当列出他们希望自己最难完成的印制电路板具有的一系列特性, 如元件数、层数以及引脚数。然后,他们应当决定设计仿真是否重要和他们是否需要与本公司中具有更昂贵的印制电路板设计工具的其它部门交换设计资料。简单地列出这些要求,就能很快地减少候选供应商的数目。   大多数供应商都承诺用户可免费试用其产品,试用期通常为30天。由于用户界面非常重要,因此,你应当充分利用这一承诺,但务必给自己腾出充裕的时间来进行试用。拿出“实际”设计的压力常常使你将产品试用置于次要地位,于是,你在试用期结束时却发现有许多工作没有做。你必须为评估任务列出一个时间表,好像它是一种实际设计,并赋予很高优先权。你也许会发现,你需要花费很多时间去评估两种或三种产品。不过,你先前所花费的时间是会有回报的,因为从一组工具改用另一组工具,其代价是非常高的。



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