Материал: 690_Glukhov_A.V._OrCAD_9.2_Proektirovanie_ehlektronnykh_

УДК 681.3.06

Глухов А.В., Шубин В.В., Рогулина Л.Г.

Проектирование электронных устройств в схемотехническом редакторе PSpice Schematics: Учебное пособие/ Новосибирск: СибГУТИ, 2016. – 77 с.

В учебном пособии представлена современная система автоматизированного проектирования OrCAD, как одна из наиболее популярных САПР электронных устройств высокого уровня, предназначенная для выполнения логического и топологического проектирования сложных цифровых, аналоговых и смешанных устройств. Приводятся описания лабораторных работ по моделированию и проектированию аналоговых и цифровых схем, иерархических блоков разных уровней, синтезу и анализу работы моделируемых устройств, ряд логических функций в совершенной дизъюнктивной нормальной форме и их минимизация, а также моделирование с помощью средств системы OrCAD. Практикум к лабораторным работам может быть использован студентами всех форм обучения, при дипломном проектировании, а также специалистами в области проектирования интегральных микросхем любой степени интеграции.

Для направления 11.03.03. – «Конструирование и технология электронных средств», 11.03.04. – «Электроника и наноэлектроника», 28.03.02. – «Наноинженерия».

Кафедра Систем автоматизированного проектирования (САПР) Илл. 74, табл. 13

Рецензенты: профессор В.Д. Фроловский, профессор Ю.А. Пальчун

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия.

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2016 г.

-2 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие …………………………………………..………………..……………4

1.Структура системы OrCAD, интерфейс, окна и меню схемотехнического редактора PSpice Schematics …………………………...…8

2.Основные этапы моделирования в OrCAD……………………….…..…….13

Лабораторная работа № 1. Создание принципиальной схемы проекта

с помощью схемотехнического редактора PSpice Schematics ………………….17

3.Лабораторная работа № 2. Использование шин и источников

цифровых сигналов в схемотехническом редакторе PSpice Schematics…..…....37

4.Лабораторная работа № 3. Использование иерархических структур при проектировании логических устройств в схемотехническом

редакторе PSpice Schematics……..………………………………..……….......…..60

5.Лабораторная работа № 4. Разработка комбинационных цифровых устройств с помощью схемотехнического редактора PSpice Schematics……………………………………………..………………..……….…..69

Список литературы ………………………………………………………….……..76

- 3 -

Предисловие

Современные программы моделирования электронных устройств представляют собой виртуальные лаборатории, которые включают обширные библиотеки компонентов. Такие программы позволяют проверить соответствие разрабатываемых устройств требованиям технического задания (ТЗ) при использовании реальных компонентов с характеристиками, отличными от идеальных. Во многих программах автоматизированы все стадии проектирования, включая разработку принципиальных схем, моделирование процессов в установившихся и переходных режимах, а также редактирование и расширение библиотек компонентов. В настоящее время предлагается много специализированных пакетов программного обеспечения, предназначенных для проектирования электронных устройств высокого уровня.

Одной из ведущих компаний на рынке сквозного автоматизированного схемотехнического проектирования аналоговой, цифровой и цифро-аналоговой радиоэлектронной аппаратуры является корпорация Cadence Design Systems (CDS). Система проектирования OrCAD корпорации CDS для моделирования использует программу PSpise, разработанную компанией Microsim, ставшую общепризнанным международным стандартом и основой развития её модифицированных версий Spice, HSpice. Начиная с 1996 г, корпорация Microsim занялась разработкой нового поколения моделирующих программ под названием DesignLab с целым рядом дополнительных возможностей, таких как, моделирование программируемых логических интегральных схем (ПЛИС); синтез аналоговых и аналого-дискретных фильтров на переключаемых конденсаторах; создание новых моделей компонентов; повышение надёжности алгоритмов расчета переходных процессов. В 1998 г. произошло объединение корпораций Microsim и OrCAD, что послужило стимулом развития таких проектов как DesignLab 8.0 и OrCAD 9.0. В дальнейшем объединённая компания перешла под юрисдикцию корпорации CDS, которая и выпустила обновлённую версию OrCAD 9.2, позволяющую производить моделирование аналоговых, цифровых

исмешанных устройств, параметрическую оптимизацию, разработку топологии

итрассировку печатных плат, т.е. сквозное проектирование.

Внастоящее время существуют современные интегрированные системы автоматизированного проектирования, предназначенные для проектирования электронных устройств и интегральных микросхем (ИМС), выполняемых на одном кристалле. Такие ИМС содержат сотни и более электронных компонентов и выполняются по совмещенной BiCMOS-технологии. В их состав входят аналоговые, аналого-цифровые и цифровые устройства. Такие САПР включают большое число программ, ориентированных на различные проектные процедуры и разные типы схем.

Система OrCAD является системой моделирования и сквозного проектирования аналого-цифровых электронных устройств. Последняя версия OrCAD 16.6 обладает возможностями создания и поддержки баз данных доступных интегральных схем, версия работает в ОС Windows NT 4.0, Windows 2000, Win-

-4 -

dows XP,Windows 2003 и Windows Vista. Базы данных могут обновляться путём замены пакетов компонентов непосредственно производителями. В России наиболее распространенной является версия 9.2, вышедшая после объединения фирм OrCAD и Cadence Design Systems [1,2,3]. В состав пакета входят следующие модули: редактор принципиальных схем Capture; менеджер библиотек Active Parts Capture CIS Option; пакет аналого-цифрового моделирования PSpice Analog Digital; пакет параметрической оптимизации PSPICE Аdvanced Аnalysis;

интерфейс связи с пакетом MATLAB PSPICE SLP Soption; редактор топологий печатных плат CBDesigner; интерактивный трассировщик SPECCTRA для OrCAD; модуль анализа целостности сигналов и перекрестных искажений Signal Explorer. Программа OrCAD 9.2 реализует все этапы проектирования печатных плат: схемный ввод; размещение компонентов; трассировку; вывод изделия в производство. Недостатком является отсутствие модуля анализа цифровых устройств и синтеза ПЛИС. Поэтому фирма Cadence разработала специализированный пакет программ FPGA Studia. Для моделирования поведения печатной платы имеется опция, позволяющая выполнять тестирование изделия без выпуска физического прототипа. Процесс выпуска документации автоматизирован, а также при внесении изменений в любую часть проекта всё отражаются в документации.

Технология проектирования корпорации CDS является целостной, она обеспечивает синхронизацию этапов выполнения проекта от схемного ввода до момента запуска его в производство и имеются средства ведения корпоративной базы данных компонентов CIS.

OrCAD Capture является управляющим модулем, посредством которого создаются принципиальные схемы проектов. Во время проведения синтеза и моделирования цифровых устройств модуль работает совместно с OrCAD Express или OrCAD Express Plus. При моделировании аналоговых или аналогоцифровых устройств он работает либо с модулями PSPICE, PSPICEA/D или PSPICE A/D Basic, при параметрической оптимизации – с модулем PSPICE Optimizer, а при разработке топологии с одним из модулей OrCAD Layout, OrCAD Layout Engineers Edition или OrCAD Layout Plus. При создании управ-

ляющих файлов для фотоплоттеров используется модуль OrCAD Gerb Tool. Многооконный интерфейс менеджера проектов OrCAD Capture позволяет выполнить быстрый поиск любого требуемого элемента проекта и полную информацию о нём.

Система OrCAD Capture приобрела популярность для схемного ввода благодаря своей универсальности и широкому спектру возможностей: от проектирования новых аналоговых схем или редактирования цифровых принципиальных схем, до проектирования типовых фрагментов схем. В последней версии OrCAD Capture имеются все необходимые инструменты для быстрого проектирования, редактирования, проверки проекта и запуска изделия в производство. Опция CIS позволяет использовать структурированную базу данных CIS, что даёт возможность быстро подобрать необходимые компоненты для проекта.

- 5 -