電路計算機輔助設計課件

電路計算機輔助設計課件課程大綱計算機輔助設計概述電路設計的CAD流程電路設計工具的分類電路設計軟件的發(fā)展歷程計算機輔助設計概述計算機輔助設計(Computer-AidedDesign,CAD)是一種使用計算機軟件進行設計和制圖的技術。它在電路設計、機械制造、建筑、航空航天等領域得到了廣泛應用，極大地提高了設計效率和精度。電路計算機輔助設計(ElectronicDesignAutomation,EDA)是CAD技術在電路設計領域的應用，它使用專門的軟件來設計、模擬、驗證和制造電路，涉及電路原理圖繪制、PCB布局布線、仿真分析、驗證測試等多個環(huán)節(jié)。電路設計的CAD流程1需求分析確定電路的功能和性能指標，并收集相關資料。2電路原理圖設計使用SchematicCapture軟件繪制電路原理圖，并進行元件選型和參數設置。3電路仿真與驗證使用仿真軟件進行電路功能和性能驗證，并根據仿真結果進行電路優(yōu)化。4PCB版圖設計使用PCB設計軟件進行電路板布線、元件放置和布局規(guī)劃。5PCB版圖驗證使用DRC檢查工具進行版圖規(guī)則驗證，確保版圖符合設計要求。6生產文件輸出生成生產所需的Gerber文件和其他相關文件，并交付給生產廠商。電路設計工具的分類1SchematicCapture用于繪制電路原理圖，方便理解電路結構。2PCBLayout用于設計電路板的物理布局，將電路元件放置在電路板上的合適位置。3Simulation用于模擬電路的行為，驗證電路設計是否符合預期。4Verification用于檢查電路設計是否滿足設計規(guī)范，確保電路設計正確性。電路設計軟件的發(fā)展歷程1早期手動設計和繪制電路圖220世紀70年代出現第一代EDA軟件320世紀80年代EDA軟件功能不斷完善421世紀至今EDA軟件走向集成化、自動化SchematicCapture軟件介紹SchematicCapture軟件是電路設計中必不可少的工具，它允許工程師以圖形化的方式創(chuàng)建電路原理圖。軟件提供了各種各樣的元件庫，方便用戶快速選擇和放置元件。它可以進行電路的邏輯驗證和仿真，幫助工程師在設計階段發(fā)現并解決潛在問題。SchematicCapture軟件的基本操作創(chuàng)建新項目首先，創(chuàng)建一個新的項目文件夾，并在其中創(chuàng)建新的原理圖文件。添加元件從元件庫中選擇所需的元件，并將其放置在原理圖中。連接元件使用連接線將元件之間的引腳連接起來，以構建電路。添加標簽使用文字工具添加元件名稱、引腳編號、電路參數等標簽。保存和驗證保存原理圖文件，并使用軟件自帶的工具進行電路驗證。SchematicCapture軟件的繪圖基礎元件庫包含各種常用電子元件的圖形和屬性信息，方便用戶快速選擇和放置元件。繪制工具提供線段、圓弧、文本等繪制工具，方便用戶創(chuàng)建電路圖的連接線、標識等元素。布局設計用戶可以使用布局設計功能，合理安排元件的位置，確保電路圖清晰、美觀。SchematicCapture軟件的元件庫管理元件庫建立創(chuàng)建新的元件庫，并添加所需元件信息，例如名稱、引腳定義、封裝等。元件庫維護定期更新元件庫，添加新元件或修改現有元件信息，以滿足設計需求。元件庫共享將元件庫共享給團隊成員，方便團隊協作設計。SchematicCapture軟件的虛擬仿真1功能驗證電路功能驗證2性能評估電路性能指標3邏輯分析電路邏輯功能4時序分析電路時序關系SchematicCapture軟件提供虛擬仿真功能，以便在實際制作電路板之前進行驗證。通過仿真，可以驗證電路的功能、性能、邏輯和時序等指標，幫助設計人員提前發(fā)現設計缺陷，提高電路設計的可靠性。PCB設計軟件介紹AltiumDesigner功能強大，界面友好，支持多種設計流程，擁有豐富的元件庫和功能插件。KiCad開源免費，功能完備，適合學習和個人使用，擁有活躍的社區(qū)和豐富的教程資源。OrCAD專業(yè)級PCB設計軟件，功能強大，支持復雜的設計需求，擁有豐富的元件庫和仿真功能。PCB設計軟件的基本操作1創(chuàng)建項目設置電路板尺寸和層數2放置元件從元件庫中選擇和放置元件3布線連接元件之間的走線4DRC檢查檢查設計規(guī)則是否滿足5生產文件輸出生成Gerber文件等生產文件PCB設計軟件的布線技巧自動布線使用軟件的自動布線功能，可快速完成大部分布線，節(jié)省時間和精力。手動布線針對一些特殊情況，需要手動進行布線，例如關鍵信號、敏感區(qū)域等。布線規(guī)則遵循一定的布線規(guī)則，例如最小間距、拐角半徑等，保證電路的可靠性和性能。布線優(yōu)化通過調整布線路徑、添加過孔等方式，優(yōu)化布線，提高電路性能。PCB設計軟件的DRC檢查規(guī)則檢查確保設計符合規(guī)范，避免違反規(guī)則。錯誤提示軟件會自動識別和提示設計錯誤，幫助設計師及時更正。問題修復通過DRC檢查發(fā)現并解決潛在問題，提高設計質量。PCB設計軟件的生產文件輸出Gerber文件Gerber文件是PCB制造商用于生產電路板的標準格式。鉆孔文件鉆孔文件包含有關鉆孔尺寸、位置和數量的信息。元件放置文件元件放置文件指示制造商將元件放置在PCB上的位置。阻焊層文件阻焊層文件定義了需要涂覆阻焊劑的區(qū)域，以防止焊接時短路。Analog/Mixed-Signal仿真軟件介紹Analog/Mixed-Signal仿真軟件是用于模擬和驗證模擬和混合信號電路性能的工具。它能夠對電路進行建模，并模擬其在不同輸入信號和工作條件下的行為。這些軟件通常提供各種功能，例如電路分析、波形查看、參數掃描和優(yōu)化。常見的Analog/Mixed-Signal仿真軟件包括：CadenceSpectreSynopsysHSPICEKeysightADSAnalog/Mixed-Signal仿真軟件的建模1模型類型包括電路元件模型、系統模型和行為模型。2模型參數需要根據實際電路參數進行設置和調整。3模型驗證通過仿真結果與實際電路進行對比驗證模型的準確性。Analog/Mixed-Signal仿真軟件的分析1時域分析模擬信號的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應分析2頻域分析模擬電路的頻率響應和噪聲分析3參數掃描評估電路性能對不同參數變化的敏感性4蒙特卡羅分析考慮元器件參數誤差對電路性能的影響EDA工具的集成化發(fā)展趨勢1多領域協同EDA工具將集成電路設計、仿真、驗證、制造等多個領域整合，實現協同設計。2流程自動化通過自動化流程，簡化設計過程，提高效率，減少人為錯誤。3數據共享不同工具之間共享設計數據，確保設計一致性，提高效率和可追溯性。4云端平臺基于云平臺，實現EDA工具的共享和協作，提高靈活性，降低成本。EDA工具的自動化設計自動布線EDA工具可以自動完成電路板的布線，減少人工操作。自動布局EDA工具可以自動將電路元件放置在電路板上，節(jié)省設計時間。自動DRC檢查EDA工具可以自動檢查電路板設計規(guī)則，確保設計符合標準。EDA工具的可視化設計圖形界面直觀的圖形界面讓用戶可以輕松地創(chuàng)建、編輯和查看電路設計。這提高了設計的效率和準確性。虛擬仿真可視化仿真工具可以幫助用戶模擬電路行為，并找出潛在的問題，這有助于優(yōu)化設計。布局規(guī)劃用戶可以使用可視化工具進行PCB布局規(guī)劃，并優(yōu)化元件的排列，這可以提高電路的性能和可靠性。EDA工具的云端協作云端存儲和共享設計文件，方便團隊成員協作。實時協作平臺，支持多人同時編輯和修改設計。版本控制功能，跟蹤設計變更，防止沖突。EDA工具的建模標準化1統一模型表示確保不同EDA工具之間模型的兼容性，避免重復建模工作。2標準化模型庫提供預定義的模型組件，提高建模效率和精度。3模型驗證工具驗證模型的準確性和一致性，確保模型質量。EDA工具的可編程性自定義腳本允許用戶編寫腳本來自動化重復性任務，例如元件放置、布線和仿真。擴展功能通過編寫自定義插件或模塊來擴展EDA工具的功能，滿足特定設計需求。集成開發(fā)環(huán)境提供一個集成開發(fā)環(huán)境來簡化代碼編寫、調試和測試過程，提高開發(fā)效率。電路CAD技術的行業(yè)應用電路CAD技術廣泛應用于電子、通信、航空航天、汽車等多個行業(yè)。在電子行業(yè)，電路CAD用于設計各種電子產品，如手機、電腦、電視等。在通信行業(yè)，電路CAD用于設計通信設備，如基站、路由器、交換機等。電路CAD技術的未來發(fā)展人工智能人工智能將優(yōu)化電路設計流程，提高效率和準確性。云計算云計算將提供更強大的計算能力和協作平臺，促進更復雜的設計。虛擬現實虛擬現實將使設計人員能夠沉浸式地體驗和評估電路設計，提升直觀性和體驗感。電路CAD設計中存在的問題設計復雜度現代電路設計變得越來越復雜，包含更多的組件和互連，給CAD工具帶來了挑戰(zhàn)。仿真精度對于復雜電路，仿真模型的精度難以滿足需求，導致設計結果不可