Некоторые современные программные пакеты

Ведущей компанией на рынке сквозного автоматизированного схемотехнического проектирования аналоговой, аналого-цифровой и цифровой радиоэлектронной аппаратуры на платформе персональных компьютеров до недавнего времени являлась корпорация Microsim. Первая программа схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) была разработана специалистами этой компании в начале 70-х годов прошлого столетия в Калифорнийском университете (г. Беркли). Она оказалась настолько удачной, что с тех пор интенсивно развивается, и де-факто стала эталонной программой моделирования чисто аналоговых устройств. Модификация этой программы под названием PSPICE, первая версия которой для IBM PC была создана в 1984 году, стала основой всех разработанных САПР для схемотехнического моделирования (проектирования). Далее компанией Microsim в 1990 году на основе общего вычислительного ядра PSPICE был создан программный пакет Design Center в среде Windows. Он позволял реализовать не только текстовый, но и графический ввод электрических принципиальных схем, а также проектирование не только аналоговых, но и аналого-цифровых (компараторы, АЦП, ЦАП) и чисто цифровых устройств (вентили, триггеры, счетчики, запоминающие устройства и т.п.). Последующие версии Design Center 6.0, 6.1 и 6.2 (1994 – 96г.г.) были дополнены программами для проектирования программируемых логических матриц (ПЛМ) и разработки топологии печатных плат. Начиная с 1996 г, корпорация Microsim стала разрабатывать новое поколение САПР для схемотехнического моделирования под названием Design Lab 8.0 (1997г), которая уже имела ряд дополнительных возможностей, в том числе:

- возможность моделирования программируемых логических ИС (ПЛИС) фирмы Xilinx,

- синтез аналоговых и аналого-дискретных фильтров на переключаемых конденсаторах,

- возможность создания новых моделей компонентов,

- повышенную надежность алгоритмов расчета переходных процессов.

Наконец, в начале 1998г. произошло объединение корпораций Microsim и OrCAD, которое стимулировало развитие их ведущих проектов Design Lab и OrCAD. Новая фирма получила название OrCAD. В марте 2000г. эта объединенная фирма выпустила очередную версию OrCAD 9.2, которая позволяет производить моделирование аналоговых, аналого-цифровых и цифровых устройств, параметрическую оптимизацию, а также эффективную разработку топологии и трассировки печатных плат, т.е. сквозное проектирование. В лабораторном практикуме нашего курса широко используется система схемотехнического проектирования (моделирования) типа Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) компании Spectrum Software, конкретно версия 7. Этот пакет прикладных программ также в значительной степени развивался на основе вычислительного ядра SPICE. Первая версия этой программы (наиболее простая) МС-1 была создана в сентябре 1982года. Она позволяла осуществить графический ввод линейных и нелинейных схем только аналоговых устройств и их моделирование, а так- же получить динамическое отображение графиков характеристик в процессе моделирования.

Студенческую версию можно получить по Интернету, обратившись на сайт www.spectrum-soft.com (дистрибутив демоверсии занимает 3,9 Мб). Из других систем автоматизированного схемотехнического моделирования следует выделить:

● Electronics Workbench, версия 5.0 (см. сайт www.interactiv.com)– в отличие от других систем на экране дисплея изображаются измерительные приборы (осциллографы, вольтметры и др.) с органами управления, максимально приближенными к реальности. Пользователь освобождается от изучения довольно абстрактных правил составления заданий на моделирование. Достаточно на схему поместить двухканальный осциллограф и генератор сигналов – и программа сама сообщит, что нужно анализировать переходные процессы. Если же на схеме разместить анализатор спектра, то будет сначала рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов и затем произведен расчет характеристик схемы в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициент усиления и характер оцифровки данных (в линейном или логарифмическом масштабе) устанавливаются на лицевой панели с помощью мыши. Однако практика показывает, что точность расчетов, получаемой с помощью такого пакета, к сожалению, невелика.

● Protel DXP (на сайте www.protel.com) – интенсивно развивающаяся система сквозного проектирования аналоговых и цифровых электронных устройств, которая разработана фирмой Protel International (новое название Altium).

● Microwave Office 2002 (на сайте www.mwoffice.com) – позволяет моделировать СВЧ устройства, заданные как в виде принципиальных, так и в виде функциональных схем. Здесь моделирование стационарных режимов нелинейных устройств выполняется методом гармонического баланса, а в случае слабо нелинейных устройств используются функциональные ряды Вольтерры-Винера. Можно проводить также анализ шумов и синтез топологии микрополосковых линий.

Следует отметить, что для проектирования сложных радиоэлектронных устройств и систем на уровне функционально-логического проектирования используют следующие программные пакеты:

● System VIEW фирмы Elanix (www.elanix.com) - предназначен для системотехнического моделирования систем аналоговой, цифровой и аналого-цифровой обработки сигналов, систем связи, систем автоматического регулирования и управления и др. Он представляет собой “конструктор”, позволяющий из стандартных “кубиков-черных ящиков” (как-то: усилителей, перемножителей, модуляторов, демодуляторов, генераторов, источников различных сигналов и др.) создавать функциональные схемы устройств и выполнять моделирование при воздействии на них различных сигналов и помех.

● ADS (Advanced Design System) фирмы Agilent – это пакет, предназначенный для моделирования с целью анализа характеристик современных радиосистем, содержащих блоки аналоговой и цифровой обработки сигналов различного функционального назначения.

Необходимо также упомянуть о существовании современных интегрированных САПР для проектирования сверхбольших ИМС (СБИС), например, СБИС типа систем на одном кристалле – “system on chip”.Такие СБИС содержат до 10⁶ и более электронных компонентов на одном кристалле. Они выполняются по совмещенной BiCMOS-технологии и содержат, как правило, три части: аналоговую, аналого-цифровую (АЦП и ЦАП) и цифровую (на процессорах цифровой обработки сигналов). Эти САПР состоят из большого числа программ, различающихся ориентацией на различные проектные процедуры и разные типы схем. Наиболее известными разработчиками интегрированных САПР являются фирмы Synopsys, Cadence Design Systems, Mentor Graphics.

8