Основные возможности OrCAD

OrCAD Capture сочетает в себе интуитивность интерфейса с инструментарием и функциональностью, необходимыми для быстрого решения задач cхемотехнического проектирования. Для создания и редактирования больших и сложных проектов OrCAD Capture поддерживает мультистраничные и иерархические связи. Мощные средства проверки этих связей позволяют отслеживать возможные нарушения правил проектирования. Capture тесно связан с редактором печатных плат PCB Editor и программой аналого-цифрового моделирования работы принципиальных схем PSpiceA/D. Прямая и обратная связь Capture с PCB Editor позволяет синхронизировать данные между принципиальной схемой и печатной платой через механизмы перекрестного выделения и размещения компонентов (cross-probing/placing), автоматического внесения изменений в печатную плату по изменениям в схеме (ECO) и наоборот (Back Annotation), перестановки логически эквивалентных секций и выводов компонентов (pin/gate swapping), а также автоматических изменений наименований и обозначений компонентов.

Рис.1 OrCAD Capture CIS предоставляет мощные средства ввода, редактирования и проверки электрических схем, в том числе менеджер элементов, плоские и иерархические проекты, повторения схем

Система ведения баз данных электронных компонентов (CIS)

Система ведения баз данных электронных компонентов (CIS) – центральная часть программных решений OrCAD Capture. Она автоматически синхронизирует и выверяет данные о компонентах    во внешних базах данных и базе данных проекта. CIS опции реализуют интерфейс с любой базой данных, которая удовлетворяет стандарту Microsoft’s ODBC. Возможен непосредственный доступ к данным, хранящимся в системах MRP, ERP и PLM при построении моделей компонентов. Гибкость системы позволяет нескольким пользователям осуществлять одновременный доступ к информации без взаимовлияния. Благодаря быстрому доступу, удобной системе поиска и возможности вставки компонентов в проект непосредственно из внешней базы, CIS значительно сокращает время разработки печатной платы. Поиск компонентов может осуществлятся по их электрическим и физическим характеристикам, а также данным о производителе. Добавление компонента непосредственно из базы данных производителя минимизирует колличество возможных ошибок в спецификации (Bill of materials) и перечне элементов, а также позволяет проверять элементы на соответствие промышленным стандартам, таким как RoHS или WEEE. Таблицы электронных компонентов в системе CIS могут быть связаны с таблицами компонентов производителей, что позволяет создать реляционную базу данных и делать реляционные запросы.

Для доступа к информации о компонентах в онлайн базе данных используется Интернет помощник по поиску компонентов (ICA). Как и в корпоративной базе данных, поиск в интернет базе осуществляется по электрическим, механическим и технологическим характеристикам компонента, который затем автоматически может быть вставлен в схему проекта. Бесплатная электронная онлайн база данных Cadence ActiveParts содержит более двух миллионов элементов. Можно осуществлять расширенный поиск элементов по их специфическим параметрам, осуществлять их предварительный просмотр перед вставкой в схему. Через ICA пользователи получают возможность прямого доступа к базам данных поставщиков элементов.

CadenceOrCAD PCB Editor входит в состав пакета программ OrCAD PCB Designer и предоставляет пользователям широкие возможности по проектированию топологии печатных плат. В сочетании с интуитивно понятным интерфейсом и большим набором правил для задания ограничений на проектирование, PCB Editor позволяет решать широкий спектр задач, стоящих перед инженерами-конструкторами печатных плат, в том числе повышение технологичности проектов.

Среда проектирования OrCAD PCB Editor

OrCAD PCB Editor предоставляет мощные и гибкие средства планирования топологии печатной платы. Мощные бессеточная технология трассировки с использованием таких инструментов, как растаскивание и огибание проводниками препятствий для обеспечения необходимых зазоров между элементами печатного «рисунка», создают высокопродуктивную среду проектирования. Технология динамических полигонов позволят эффективно в реальном времени «разрывать» и «сшивать» покрытые медью участки платы во время размещения компонентов и трассировки. OrCAD PCB Editor предоставляет полный набор средств для фотошаблонов, производства плат, включая стандарты Gerber 274x, NCDrill и различные форматы для тестирования.

Управление правилами проектирования

Constraint Manager - это модуль управления физическими и электрическими правилами проектирования, входящий в состав PCB Editor. С помощью этого модуля разработчик устанавливает набор правил, которые определяют ограничения на процессы размещения компонентов на плате и трассировку. При этом можно управлять расстояниями между отдельными проводниками, группой цепей, задавать ограничения на длину и ширину проводников, расстояниями между компонентами, отверстиями и т.д. Constraint Manager имеет удобный интерфейс, сочетающий в себе преимущества табличного и иерархического представления данных, и полностью интегрирован c OrCAD PCB Editor.

Компоновка и размещение компонентов

Гибкая система правил и ограничений OrCAD PCB Editor позволяет эффективно управлять размещением компонентов на плате как в интерактивном, так и в автоматическом режимах. Разработчик может объединять отдельную группу компонентов или отдельные подсхемы в специальные области – «комнаты». Компоненты могут быть отсортированы и выделены по позиционным обозначениям и наименованиям, типу корпуса или контактных площадок, подключаемым цепям, листу или странице схемы.

Интерактивная трассировка

Режим интерактивной трассировки OrCAD PCB Editor – это мощные, интеллектуальные средства работы с топологией печатной платы, которые обеспечивают автоматизированный контроль за правилами проектирования на основе пользовательских установок. Технологии трассировки в режиме реального времени, под любым углом, «растаскивания» и «проталкивания» проводников позволяют пользователем работать в трех режимах: «приоритет растаскивания», «приоритет огибания» или «только огибание». Режим «приоритета растаскивания» дает возможность пользователям произвести оптимальную трассировку в режиме реального времени, при этом бессеточный трассировщик обеспечит динамическое расталкивание препятствий, таких как переходные отверстия и выводы компонентов. Режим «приоритета огибания» особенно актуален, когда требуется выполнить трассировку шины данных. В данном режиме прокладываемая трасса огибает препятствия или расталкивает их, если нет других настроек. В режиме «только огибание» расталкивание объектов не допускается.

 Моделирование с PSpice - это быстрый, простой и надежный способ выполнения расчета схем. С его помощью можно создавать схемы, где будет максимально оптимизирован разброс параметров элементов, с учетом их допусков, которые не будут слишком жесткие, что не приведет к удорожанию, и не будут достаточно свободные, чтобы не увеличивался процент брака. Это ведет к увеличению рентабельности производства, сокращению этапа прототипирования, времени, проведенного в лаборатории, и в конечном итоге снижению стоимости продукции и повышению ее конкурентноспособности на рынке.

• понять и исследовать характеристики схемы, а также функциональные взаимосвязи со сценариями "что если" и анализом проекта;
• моделирование сложных проектов со смешанными сигналами, содержащих аналоговые и цифровые элементы с поддержкой таких типов моделей, как IGBT, импульсные модуляторы, ЦАП и АЦП.

С  PSpice легко просматривать результаты смешанного аналого-цифрового моделирования в одном окне с общей осью времени. Технология моделирования PSpice проста в использовании и находится в тесной интеграции с  одним из наиболее востребованных на предприятиях схемотехнических редакторов: OrCAD Capture. Инструменты расширенного анализа (Advanced analysis) включают в себя анализ чувствительности, Монте-Карло, Аварийный (стресс) анализ.

Функциональные возможности Анализ по постоянному току

Анализ по постоянному току позволяет получить характеристики схемы (токи, напряжения, мощности) при изменении параметров источников напряжения, источников тока, глобальных параметров схемы, параметров модели и температуры элемента. При анализе задаются интервалы изменения перечисленных параметров, характер их изменения (линейный, логарифмический с основанием 10 и с основанием 8), и шаг изменения. Возможно также табличное задание изменения перечисленных параметров. Существует возможность одновременного изменения двух параметров.

Анализ по переменному току

Анализ по переменному току позволяет производить построение амплитудно-частотных характеристик схемы (токи, напряжения, мощности и т.д.). Анализ производится от источника переменного тока IAC или источника переменного напряжения VAC, для которого указывается амплитудное значение переменной составляющей и величина постоянной составляющей (в частном случае может быть принята равной нулю). При анализе задаются минимальное значение частоты, общее число точек, а для логарифмического закона изменения частоты – число точек на декаду, либо октаву.

Анализ шумов

Анализ шумов позволяет рассчитывать входную и выходную спектральные плотности шумов. Анализ производится от источника переменного тока или напряжения, для которого указываются амплитудное значение переменной составляющей и величина постоянной составляющей (в частном случае может быть принята равной нулю). При анализе задаются элемент, на котором будет рассматриваться выходное напряжение шумов, наименование используемого источника и интервал расчета парциальных уровней шума. Анализ шумов является составной частью анализа по переменному току. Результатом анализа являются кривые спектральных плотностей по входу и выходу.

Анализ переходных процессов

Анализ переходных процессов позволяет получать значения характеристик схемы (токов, напряжений, мощностей и т.д.) при переходном процессе. Анализ переходных процессов всегда начинается с момента времени t=0. Указывается время окончания анализа переходного процесса и максимальный шаг интегрирования (пользователем или по умолчанию). В случае, если требуется информация о переходном процессе с момента времени t>0, это время задается, при этом обеспечивается получение графической информации с заданного времени , хотя сам анализ осуществляется с момента времени t=0. При анализе указывается параметр, определяющий режим расчета начального приближения по постоянному току. По умолчанию он включен, и анализ по постоянному току автоматически предваряет анализ переходных процессов. Результаты анализа по постоянному току в этом случае являются начальными значениями переменных при анализе переходных процессов. В случае отключения этого параметра за начальные значения принимаются токи в индуктивностях и напряжения на емкостях, указанные в свойствах IC индуктивностей и конденсаторов (по умолчанию эти значения равны нулю). Существует возможность наблюдать анализ переходного процесса не только как временную функцию, но, заменяя переменную «время» на оси Х на любую другую схемную функцию, получать требуемые функциональные зависимости.

Фурье-анализ

Фурье-анализ позволяет осуществить разложение функций, полученных в результате анализа переходного процесса в ряд Фурье. В среде OrCAD применяется быстрое преобразование Фурье. Для проведения анализа необходимо задать частоту первой гармоники, количество гармоник (не более ста, по умолчанию – девять) и список переменных, спектр которых должен быть рассчитан. В результате анализа получаются зависимости амплитуд гармоник спектральных характеристик соответствующих функций от частоты в заданном диапазоне.

Параметрический анализ

Параметрический анализ позволяет осуществить ряд итераций, во время которых производится расчет некоторой функции цепи (тока, напряжения и т.д.) во время переходного процесса или анализа по постоянному или переменному току при скачкообразном изменении задаваемого пользователем глобального параметра, параметра модели, величины компонента или рабочей температуры. При этом за один цикл достигается эффект, эквивалентный просчету переходного процесса схемы столько раз, столько раз изменяется заданный параметр. В результате выдается семейство кривых переходного процесса анализируемой функции, при этом количество кривых равно числу изменений величины заданного параметра.

Температурный анализ

Температурный анализ позволяет осуществить расчет схемы при разных заданных температурах окружающей среды (по умолчанию температура окружающей среды равняется 27 градусам Цельсия). В результате выдаются соответствующие функции анализируемой схемы (токи, напряжения и т.д.) при заданных температурах.

Анализ разброса параметров методом Монте-Карло

Анализ разброса параметров методом Монте-Карло позволяет получить некоторые схемные функции (токи, напряжения и т.д.) при изменении параметра некоторого элемента схемы по задаваемому закону с использованием различных типов генераторов случайных чисел (всего имеет 10 различных генераторов). Результатом анализа по методу Монте-Карло являются гистограммы изменения соответствующих схемных функций по отношению к номинальному значению.

Анализ чувствительности методом наихудшего случая

Анализ чувствительности методом наихудшего случая предназначен для определения возможного наихудшего значения некоторой схемной функции, если заданы диапазоны разброса параметров схемы. При этом рассматриваются все возможные комбинации изменения параметров в пределах разброса, определяется величина наихудшего значения рассматриваемой схемной функции. Результатом анализа чувствительности методом наихудшего случая является нахождение наибольшего или наименьшего отклонения рассматриваемой схемной функции от номинального значения.

AdvancedAnalysis

Advanced Analysis позволяет проектировщикам в аналого-цифровой цепи использовать методологии для улучшения характеристик схемы, сокращения времени ее продвижения на рынок, и обеспечения качества разработки при контроле издержек на производство. Являясь дополнительной опцией по отношению к PSPICE и PSPICE A/D, Advanced Analysis позволяет пользователям оптимизировать деятельность и надежность проектов перед их физической реализацией. Этот вид анализа охватывает анализ чувствительности методом наихудшего случая, оптимизацию, индикацию режимов работы элементов близких к аварийным, и анализ разброса параметров методом Монте-Карло. При анализе чувствительности Advanced Analysis позволяет в графическом виде отобразить изменения выходных параметров системы при возмущениях, вносимых измерениями. При оптимизации Advanced Analysis автоматизирует итерационный процесс повторного запуска моделирования и точной подстройки проектируемого устройства. Анализ индикации режимов работы элементов, близких к аварийным при Advanced Analysis реализует определение работы элементов в области безопасного функционирования. При анализе методом Монте-Карло Advanced Analysis исследует пространство параметров, ограничения допуска элементов и оценивает вероятность реализации выходных параметров.

Cadence OrCAD Signal Explorer – это модуль пред- и постопологического анализа целостности сигналов, сочетающий в себе преимущества взаимодействия среды проектирования и моделирования. Signal Explorer тесно связан с редактором печатных плат OrCAD PCB Editor. Signal Explorer – это масштабируемое решение, позволяющее значительно снизить расходы на разработку печатной платы. В случае, если уровень ваших разработок вырастет Signal Explorer может быть легко обновлен до более продвинутого программного решения Cadence Allegro PCB SI. Signal Explorer способен значительно ускорить работу инженеров по разработке плат с высокой плотностью монтажа, снизить вероятность ошибок. С помощью Signal Explorer вы можете создать и отредактировать виртуальный прототип топологии печатной платы, а затем промоделировать ее работу и проверить результаты. После анализа результатов, у вас есть возможность опробовать другие топологические схемы путем перестановки и замены компонентов, изменения их параметров, а затем повторить процесс моделирования с новыми установками. Проектирование и моделирование различных вариантов топологии можно повторять неограниченное число раз до достижения оптимальных результатов. Все файлы топологий и их настройки можно сохранять и повторно использовать при будущих разработках. Signal Explorer графически отображает результаты моделирования в виде осциллограмм и таблицы с данными. Осциллограммы отображаются в редакторе SigWave. В данном редакторе можно изменять, печатать и сохранять файлы с осциллограммами. Интегрированная таблица данных дает возможность распечатать результаты моделирования или экспортировать файлы с данными в другие программы, работающие с таблицами, например Microsoft Excel.

Достоинства 

• Обеспечивает эффективную, масштабируемую, пре- и посттопологическую систему связи между проектированием и моделированием
• Улучшает характеристики топологии
• Увеличивает надежность топологии
• Исключает потребность в трансляции баз данных проекта для запуска процесса моделирования
• Экономит время благодаря виртуальной среде прототипирования, тесно связанной с OrCAD PCB Editor 

Модуль SigXplorer

В состав Signal Explorer входит модуль для предтопологического проектирования и анализа перед тем как разработана схема (модуль SigXplorer). Такой тип анализа является общим на ранних этапах цикла разработки, когда инженеры оценивают характер влияния на разработку при применении новых устройств и технологий на их основе или от увеличения скорости передачи по шине. SigXplorer может использоваться для построения и обоснования топологии, а также доказательства жизнеспособности новой технологии перед началом детального проектирования.

Среда моделирования

Signal Explorer дает возможность анализа целостности сигналов на основе SPICE- моделирования. Он состоит из нескольких составляющих – движок Tlsim, отображение осциллограмм в SigWave, DML (Device Modeling Language), трансляторы из других форматов для моделирования и подсистема управления и редактирования библиотек моделей.

Автоматический и интерактивный трассировщик.

Использует один из лучших в настоящее время алгоритмов прокладки трасс, что увеличивает производительность и сокращает цикл проектирования и изготовления изделия, а также приводит к экономии расходных материалов и инструментов на этапе производства.

Трассировщик Cadence SPECCTRA является сегодня лидером на рынке решений для автоматических и интерактивных трассировок для печатных плат и сложных интегральных схем. Разработанный для печатных плат высокой плотности, которые требуют сложных правил проектирования для высокоскоростных схем, трассировщик использует мощный бессеточный алгоритм для эффективного использования области для прокладки трасс. В результате увеличивается производительность и сокращается цикл проектирования. В системе SPECCTRA также предусмотрена возможность использования подсистемы авторазмещения компонентов на печатной плате, однако в практике конструирования печатных плат эта подсистема используется достаточно редко, в силу различных причин. Вместе с тем, автоматическое размещение позволяет получить весьма полезное начальное размещение, отталкиваясь от которого пользователь может затем произвести необходимые перестановки в интерактивном режиме.
Инструментарий SPECCTRA включает графический пользовательский интерфейс (GUI) и такую же адаптивную ShapeBased технологию. Планарные КП, сквозные КП, трассы и другие схемные элементы моделируются как базисные графические образы. Каждый образ имеет ассоциированные с ним правила, которые заставляют проект соблюдать ограничения, такие как зазоры между компонентами и их ориентацию, ширину трасс и зазоры, тайминг (временные правила), электрические шумы и поперечные электрические наводки. Ниже приведен список достоинств ShapeBased технологии.

• Точное моделирование КП, пинов и ПО в базе данных графических образов вместо требующих больших затрат памяти сеточно-ориентированных моделей, что минимизирует требования к объему памяти.
• Используются точные размеры образов посредством максимизации использования доступного пространства и приспособления набора образов пинов и размеров компонентов.
• Поддерживаются сложные иерархические правила проектирования, что улучшает условия производства изделий.
• Бессеточная трассировка или минимальная сетка для трасс и ПО используется для максимизации области трассировки платы, что может уменьшить число сигнальных слоёв.

Так как SPECСTRA привязывает проектные правила к геометрическим образам, нет необходимости управлять и применять правила через традиционную сеточную технологию. Многие сеточно-ориентированные трассировщики пытаются закончить все соединения в каждом проходе трассировки, до полного ее окончания. Эти трассировщики не допускают конфликтов пересечений и зазоров.

Рис. 1 SPECCTRA оптимальным образом размещает трассы в пределах допустимой области трассировки на основе пользовательских установок и встроенных алгоритмов работы

Трассировщик SPECCTRA использует другой подход, называемый адаптивной трассировкой. Трассировщик пытается соединить все связи в первом проходе трассировки, позволяя наличие конфликтов зазоров и пересечений. В процессе каждого дополнительного прохода трассировщик уменьшает число конфликтов, используя алгоритмы расталкивания и повторной прокладки.
С каждым проходом SPECCTRA собирает информацию и изучает проблемные области, где существуют конфликты для их исключения и полной трассировки.
Хотя для этого иногда используется большое количество проходов, трассировщик обычно достигает высоких результатов за короткое время, поскольку он использует конфликтную информацию из каждого прохода для достижения полного решения.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ

• Конкурентная трассировка до 256 сигнальных слоев
• Реальная геометрическая трассировка
• Трассировка на базе геометрических фигур или на базе сеточных структур
• Стрингеры (отводы) от планарных компонентов к ПО
• Трассировка с 45-градусными трассами
• Трассировка в стиле «память» для планарных или штыревых трасс и фасок
• Задание типа переходного отверстия (ПО) для цепи, класса цепей
• Задание свойств проводников и зазоров на слое
• Задание свойств цепям на слое
• Мягкие и жесткие ограждения для зон
• Автоматическая раздвижка трасс
• Автоматическая генерация контрольных точек
• Задание глухих, замурованных и мокро ПО
• ПО под планарными КП
• Прокладка пучков трасс (шин) в автоматическом режиме
• Автоматический свопинг для логических частей и выводов компонентов
• Управление прокладкой параллельных трасс
• Контроль суммарных наведённых шумов
• Управление минимальными и максимальными задержками прохождения сигнала и контроль длины трассы
• Управляемая пользователем методология удлинения трасс
• Автоматическая прокладка трасс как дифференциальных пар
• Задание правил работы и зазоров в выделенной зоне
• Экранирование цепей
• Виртуальные выводы компонента

СВОЙСТВА РЕДАКТОРА ТРАСС

• Просмотр результатов предполагаемых редакторских операций (операции-призраки)
• Интерактивный поиск ПО
• Оперативный технологический контроль платы (DRC)
• Автоматическая оптимизация результатов прокладки трасс (зачистка)
• Расталкивание трасс и подрезание ПО для увеличения зазоров
• Интерактивная индикация допустимых длин трасс
• Глобальная индикация технологических нарушений в плате
• Оперативное вычисление и индикация зазоров
• Цветовая индикация различных замеров
• Трассировка пучков трасс (шин)
• Автотрассировка единичных цепей (выделенных)

СВОЙСТВА РЕДАКТОРА РАЗМЕЩЕНИЯ

• Оперативный контроль заданных правил проектирования
• Поэтажное размещение компонентов
• Режим оперативного управления размещением компонентов
• Перенос компонентов со слоя на слой, вращение, выравнивание, расталкивание и сдвиг, как отдельных компонентов, так и групп
• Анализ плотности и свойств размещения
• Размещение компонентов явным заданием координат