三个常用电路设计软件的比较

Author: 詹羽中 Date: 1996-02-09

        smARTwork可以称得上是国内微机上应用最早的ECAD软件包之一,其特点是内存开销很小,对系统配置要求很低,简便易学。其命令较少,能点对点自动布线,配备有较常用的元器件封装库,曾一度是非常流行的ECAD软件。但由于smARTwork功能单一,仅能设计印刷板;用命令行方式输入,要求使用者强记命令,软件的人机界面不够友好,并且基本上还是手工布线,故而很快为功能更强、性能更优秀的TANGO所代替。
        TANGO是一个非常流行、功能也较强的ECAD软件包,包括有三大部分:
        一、Schematic_电原理图辅助设计,
        二、PCB(Print Circuit Board)_印刷线路板设计,
        三、Route_印刷电路板自动布线。
        因而是一个功能较全面、实用的ECAD软件包。好学易用,自动布线布通率高是其最大的特点,硬件开销也不大,现在流行的计算机标准配置均胜任有余(PC/XT/AT/386/486等,1MB以上内存,CGA/EGA/VGA显示器,可在软盘上运行)。Schematic和PCB均有在线帮助功能,各命令均通过快捷键输入,可随时用热键翻阅命令,记忆量自然减少,光标的移动可支持键盘,用鼠标可大大提高工作效率。
        Schematic配备有近千种元器件的符号库,还可用随软件包提供的建库软件随时加入新的元器件,图纸输出设备为针式打印机、激光打印机、光绘机及磁盘文件格式。值得一提的是该软件的高亮度线功能(High-light):该功能能以高亮度显示所指定的某一连线网络上所有直接相连的线,对于电路图检查非常有用。后处理程序能自动检查电路图设计错误,产生连线网络表文件供PCB及Route使用,提供各种报告文件如元器件表、错误报告、连线网络报告等,但速度较慢。
        PCB程序配备有各种元器件封装库供设计印刷线路板用。辅助布局命令有助于高效、快速地进行自动布线。可在PCB上设置禁布区,填充区,可预布部分电路。
        Route程序用于在PCB中布局后,装入连线网络表文件进行自动布线。可对双面印刷线路板自动布线,更多层数的布线可用PCB手工进行。布线过程中,可直接观察到计算机当前正在布哪条网络上的第几支,未布通线用飞线表示,已布线用固定的有色线表示。
        以上均是TANGO老版本的主要功能。TANGO的新版本PROTEL分为Schematic和TRAXedit两部分,另有SCHPLOT和TRAXPLOT用于打印机输出电路原理图和印刷电路板图。命令输入方式有两种,除功能键方式外,还增加了目前软件流行的下拉式命令菜单,使用更加便捷,无需强记命令。TRAXedit将PCB和Route集成在一个环境中,增加了布网状大地线功能,用于提高印刷线路板的高频抗干扰能力。还增加了自动布局功能。
        在应用TANGO近四年后,笔者又接触到一种更优秀的大型ECAD软件__OrCAD,试用后不久,就渐渐地喜欢上了它。
        本文介绍的OrCAD为4.10版,OrCAD公司的商品名为OrCAD EDA(电子设计助理)。该软件包共占9张1.2MB高密盘,为名符其实的电子工程师助理,除包括有TANGO的全部功能外,还有对电子设计十分有用的数字电路模拟软件包VST,即Digital Simulation Tools(数字激励工具),通用电路模拟与分析软件包Pspice,即Personal Simulation program with Integrated Circuit Emphasis,可编程逻辑器件设计工具软件包PLD Tools,即Programmable Logic Design Tools,器件建模转换软件MODUL。并且OrCAD公司将SDT(Schematic Design Tools电路图设计工具)和PCB Layout(印刷电路板设计工具)、PLD、VST均集成在一个窗口化的环境中,可以十分简便地从一个子软件包转换到另一个子软件包中,还具有DOSShell功能,可暂时挂起当前的设计工作,回到DOS环境下执行DOS命令甚至其它程序,键EXIT即可返回到挂起的设计工作。各个子软件包又具有相对独立的窗口,集成了各种辅助处理程序,如SDT下集成有库维护,电路图网络处理、电连接规则(ERC)检查、图纸输出等等。各个程序均可单独进行配置(configuration),用鼠标操作,各种功能均一目了然。每个子软件包均配备有庞大的库,和扩充库用的软件工具。命令的输入均采用下拉菜单和宏命令(MACRO),因此功能十分强大。
        由于功能繁多,所以只能选择性地介绍。整个OrCAD EDA安装释放后,大约需占14.5MB硬盘空间,工作RAM空间需600KB左右,否则有些软件不能正常运行。若加入Pspice,还需协处理器和更多的硬盘空间。
        用SDT绘好电路图后,可按要求分别生成用于PCB、VST及Pspice的网络表文件,因此,SDT是最基础的软件包。
        各个软件包窗口下均包含以下部件:Editors编辑器、Processors处理器、Librarians库管理、Reportors报告四大部分。
        在SDT子系统中,具有庞大的元件库是该软件令用户喜爱的原因之一,其图纸输出有三种环境:DOS环境,Editors/DRAFT环境和Reporters环境。DOS环境,即将其它二环境下生成的“输出到文件”文件,在DOS下直接用Print命令打印。Editors/DRAFT环境即在编辑电路图时直接硬拷贝(HARDCOPY)当前编辑的电路图,Reporters环境下可一次输出整个工程的所有图纸。网络表文件支持不同的ECAD格式,也就是能直接生成其它ECAD软件所需的连线网络表文件,便于同其它公司的ECAD系统接口,给应用者以更广泛的选择,除本OrCAD系统的Pspice格式(供模拟电路模拟Pspice用),EDIF(供数字电路模拟VST用),PCB Ⅱ(供PCB Ⅱ用)以外,还有TANGO、EE Design、FCAD、CALAY等二十多种其它ECAD系统的格式。与TANGO之Schematic比较,唯一美中不足的是SDT缺少高亮度功能,绘制、检查电路图时稍显不便。
        PCB Layout子系统中,各功能部件大致与SDT相同,该子系统的主程序为Route board,PCB版图的模块输入,布局,手工布线,自动布线,生成布线网络表,生成图纸输出文件,布线优化,模块的修改与增补等,均集成在该程序中。工作窗口的坐标单位可为英寸(inch),也可为毫米(milemeter),可设置设计规则检查(ERC)开关,禁止与电路图不相符的连线,布线层数最大为16层,自动布线设在其中的一层或两层中进行。
        Route board有三大子命令集:QUIT,PLACE,ROUTE。
        QUIT:包括以下多项功能的命令集:自动模块装入,图纸相关文件输出,工作版图清除,布线清除,版图观察器,模块库维护,DOSSHELL,退出PCB Ⅱ系统等。
        PLACE:布局命令集,可布特殊区域(包括禁止布线区,大地线)、PCB边框、说明文字(可在丝印层,也可在铜箔层),以及模块安放位置。
        ROUTE:与布线有关的命令均在该命令集中。如版图信息查询,网络表文件编译,手工布线,自动布线,布线优化,布线策略设置等。自动布线有六种策略,每次可任选两种自动进行,能单独对某一焊盘、模块、指定网络、现场定义的块、以至整个版图自动布线。布线优化针对已布线。进入PCB Ⅱ之前,可在NC(Netlist configuration)中特定最多十六个网络布线参数:自动布线策略、布线线宽、间距、过孔大小、焊盘大小、形状、方向、钻孔直径、编译算法,也可在DC(Design configuration)中指定非特定网络的各项布线参数。因此,对于包含有不同大小载流量印刷导线的电路板,尤为适用,十分灵活方便。
        但美中不足的是,其自动布通率不及TANGO。TANGO每次可用六种算法自动布线,而PCB Ⅱ为两种,这也许就是自动布通率不及TANGO的原因。另外,PCB Ⅱ还容易陷入死循环中。编译算法还存在某些缺陷,使布线看起来稍显别扭,在布线过程中也可以看到一些不当之处,有待于更进一步的改进。就笔者比较PCB Ⅱ V2.10B与PCB Ⅱ V2.20的结果来看,后续版本较前版本要稍好一些,自动布线结果更合理一些。
        OrCAD与TANGO各有所长,OrCAD虽自动化程度不高,但也更灵活,其自动布通率不及TANGO,而ERC、COMPNET功能又弥补了TANGO的不足。总的看来,PCB Ⅱ似乎更适合于专业人员使用。
        电路板的设计流程大致同TANGO软件,但由于以下特性,设计者可据情插入电路模拟过程,以更好、更经济地实现设计。
        集成化的环境为该软件包的最大特色,VST、PAPICE、PLD的加入使整个设计如虎添翼。而这点正是TANGO(包括PROTEL)所远远不及的。
        VST、Pspice用于在计算机上进行虚拟电路试验。二者均可减少试验所用的硬件开支,克服了实验技术条件的局限性(仪器、设备、元器件可靠性、实验电路板的可靠性、制作工艺、干扰等),均可在屏幕上观察,或打印输出模拟结果。
        VST用于数字电路模拟与分析,可以说,VST=[试验电路]+[逻辑分析仪]+……,可用于检查逻辑电路设计的正确与否,并且能捕捉到数字电路中的竞争冒险并模拟出来。模拟规模为1万等效门以上,最多允许设置200个激励信号和测试信号,结果以波形表示。
        Pspice主要用于模拟电路模拟与分析,新版本中也加入了数字电路与模拟电路的混合模拟特性。Pspice=[试验电路]+[示波器]+[时效分析器(温度等)]+……。该软件包需要协处理器支持,实际使用发现,完全可以用协处理器仿真软件(如EMM387)来代替,从而给无协处理器者带来了方便。
        当然,这类电路工具虽然库功能大,但由于世界上的器件太多,不可能将所有的、甚至几分之一的器件均包括在内,建库工作还需要根据各人的具体情况适时进行,尤其是软件中并没有时序集成电路和大多数晶体管的模型参数,因此工作量并不算小。故此笔者有个想法,能否将各个OrCAD用户所建的新库(包括汉字元件库)广泛进行交流,以减少这方面的重复劳动,提高智力资源的利用率。
        PLD可将经逻辑模拟通过后的电路直接转换为某一特定PLD器件的编程参数,如逻辑方程、熔丝图等,供编程制作成模块使用。常用的PLD器件有PAL、GAL。PLD器件的应用有助于提高器件的利用率,减少芯片数量,简化设计,减小PCB面积,加快产品的设计和更新周期,更可以通过加密来保护设计者的利益。
        其它的ECAD软件有PCAD、EE Design、PADS等。笔者暂未深入接触,暂不置言。