Анатолий Сергеев (Москва)
Пакет программ для сквозного проектирования печатных плат OrCAD американской фирмы Cadence Design Systems давно известен российским разработчикам электронной аппаратуры. Недавно вышедшая новая версия OrCAD 16.3 содержит целый ряд улучшений и дополнений
Основным преимуществом OrCAD остаётся его приемлемая цена и широкие функциональные возможности, которые делают соотношение цена/качество наиболее привлекательным. Причём при подборе конфигурации можно учесть именно те потребности разработчиков, которые актуальны для них на данный момент. Например, базовый пакет OrCAD PCB Designer Basic – самая недорогая версия, которая содержит только редактор принципиальных электрических схем Capture и редактор топологий печатных плат PCB Editor с возможностью интерактивной трассировки до четырёх сигнальных слоёв. В дальнейшем возможно расширение функциональности за счёт интеграции дополнительных программных модулей, таких как автотрассировщик Specctra, программы аналогоцифрового моделирования PSpice A/D и Advanced Analisys, системы ведения баз данных электронных компонентов CIS, модуля пред и посттопологического анализа топологии печатных плат Signal Explorer, программы разработки и оптимизации ПЛИС FPGA System Planner.
В настоящий момент особую роль в жизненном цикле электронных устройств играет время выхода на рынок новых разработок. Здесь важно, чтобы каждый этап работы инженеров, начиная от идеи и заканчивая конечным продуктом, был хорошо продуман и систематизирован. Пакет программ OrCAD PCB Designer даёт возможность сделать работу над проектом печатной платы максимально эффективной благодаря удобному интерфейсу и тесной интеграции всех программных модулей.
Для создания и редактирования принципиальных электрических схем используется уже знакомая большинству специалистов программа OrCAD Capture. Здесь же создаются новые условно графические обозначения (УГО) элементов, причём уже имеющиеся в программе более 80 библиотек содержат около 30 000 готовых компонентов, которые постоянно пополняются за счёт регулярных обновлений OrCAD.
Благодаря эффективной системе навигации в OrCAD Capture, построенной по принципу дерева данных, очень удобно вести поиск необходимых проектных файлов, в том числе схем, библиотек, текстовых файлов отчётов. На самом деле Capture – это не просто графическая оболочка, предназначенная для отрисовки принципиальных схем, а удобная в использовании, но при этом многофункциональная система создания довольно сложных проектов, где есть всё необходимое для разработчиков.
Прежде всего, это:
Одним из нововведений в последней версии OrCAD Capture стала возможность просматривать 3D модели посадочных мест компонентов в специальном окне редактора Capture (см. рис. 1). Здесь же при выделении отдельных контактных площадок или всей области модели можно видеть их характеристики, такие как размеры и название, номера, координаты и слой. С помощью нового инструмента AutoWiring можно соединять несколько выводов между собой одним нажатием клавиши. Этот инструмент особенно удобен при коммутации выводов элементов и шины.

Рис. 1. Новые возможности программы OrCAD Capture позволяют просматривать 3D модели посадочных мест компонентов в отдельном окне, а также видеть их характеристики
Пакет OrCAD Capture поддерживает целостность и гибкость проектов. Все файлы, входящие в той или иной проект, автоматически подгружаются при его открытии, независимо от того, находились ли они в разных частях жёсткого диска или в одной папке. В любой момент, не выходя из окна редактора, можно изменить свойства одного или нескольких компонентов, например, присвоив им другие посадочные места или наименования. Можно отредактировать УГО элемента или группы элементов, не выходя из окна редактора Capture, а затем автоматически внести соответствующие изменения в нужные библиотеки. Система проверки правил проектирования DRC теперь может контролировать электрические и физические правила по отдельности. Все эти и другие дополнения в OrCAD Capture сокращают время на разработку и повышают её эффективность.
Схемотехнический редактор Capture имеет довольно мощное расширение за счёт включения в этот программный модуль системы ведения базы данных электронных компонентов – CIS (Component Information System). Благодаря продуманной организации, CIS значительно повышает эффективность работы. Это уникальная система структурирования данных о компонентах, поиска их не только по наименованию, разнообразным техническим характеристикам, но и, например, по наличию на складе самого предприятия, у поставщиков, по цене, по сроку годности и другим свойствам. CIS может тесно интегрироваться с глобальными системами документооборота всего предприятия посредством стандарта ODBC фирмы Microsoft, что значительно расширяет её возможности. Более того, через CIS организован доступ к интернет базам данных электронных компонентов. При переходе на вкладку ICA (Internet Component Assistant) появляется окно доступа в Интернет и ссылка на два портала – ActiveParts и SupplyFrame. ActiveParts – это интернет база данных Cadence, содержащая около 2 млн. аналоговых и цифровых компонентов и постоянно пополняющаяся новыми моделями, с удобной системой поиска по наименованию компонентов, их описанию и компании производителю. SupplyFrame – это поиск по базам ведущих производителей электронных компонентов.
Главной особенностью работы с интернет базами в Capture CIS является возможность добавлять компонент напрямую из Интернета в схему проекта со всеми данными, необходимыми для перечня элементов и спецификации. CIS – это фактически неограниченная база данных, позволяющая осуществлять быстрый доступ к самым последним разработкам в мире электронных компонентов, с комплексным подходом к поиску и каталогизации данных. Система индикации позволяет выделять те компоненты, которые наиболее часто используются при разработках, указывать на проблемные компоненты, например, компоненты, срок годности которых истекает, или отсутствующие на складе
Гибкость CIS позволяет настроить базу данных под конкретное предприятие с учётом его специфического документооборота (см. рис. 2). В новую версию OrCAD Capture CIS 16.3 включены два основных дополнения. Это возможность в отчёте Bill of Materials помещать однородные данные, например, элементы с одинаковыми названиями, но от разных производителей, в один столбец или строку. Следующее дополнение касается новой возможности включения в отчёт данных о компонентах, не используемых в проекте. Эта функция удобна для указания, к примеру, в перечне элементов сведений о возможности замены тех или иных компонентов на их аналоги

Рис. 2. Система ведения базы данных электронных компонентов CIS имеет широкие возможности систематизации и отображения информации, в том числе поиска компонентов в базах данных, размещенных в Интернете
При окончании разработки принципиальной электрической схемы формируется список соединений для последующей передачи его в редактор OrCAD PCB Editor, который 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
Программа OrCAD PCB Editor предоставляет сильные и гибкие средства планирования топологии печатной платы. Мощная бессеточная технология трассировки с использованием та ких инструментов, как растаскивание и огибание проводниками препятствий для обеспечения необходимых зазоров между элементами печатно го «рисунка», создают высокопродуктивную среду проектирования. Технология динамических полигонов позволяет в реальном времени эффективно «разрывать» и «сшивать» покрытые медью участки платы во время размещения компонентов и трассировки. OrCAD PCB Editor предоставляет полный набор средств для фото шаблонов, производства плат, включая стандарты Gerber 274x, NCDrill и различные форматы для тестирования. Самой важной частью OrCAD PCB Editor, безусловно, является Constraint Manager.
Модуль Constraint Manager управляет физическими и электрическими пра вилами проектирования в составе PCB Editor (см. рис. 3). С помощью этого модуля разработчик устанавливает на бор правил, которые определяют ограничения на процессы размещения компонентов на плате и трассировку. При этом можно управлять расстояниями между отдельными проводника ми, 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.

Рис. 3. Constraint Manager – система управления правилами и ограничениями проектирования топологии печатных плат в OrCAD PCB Editor – предоставляет мощные средства интерактивной трассировки
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.
Режимы 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 пользователям работать в трёх режимах: «приоритет растаскивания», «приоритет огибания» или «только огибание». Режим «приоритета растаскивания» даёт возможность пользователям про извести 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 таком режиме прокладываемая трасса огибает препятствия или расталкивает их, если нет других настроек. В режиме «только огибание» расталкивание объектов не допускается.
На этапе разработки принципиальной электрической схемы важно до биться её наилучших характеристик для обеспечения качества и надёжности всей конструкции электронного устройства. Без комплексного подхода к моделированию работы схемы, с учётом погрешностей в работе отдельных её элементов, невозможно до биться хорошего результата. Моделирование с OrCAD PSpice A/D – это быстрый, простой и надёжный способ выполнения расчёта схем (см. рис. 4). С его помощью можно создавать схемы, где будет максимально оптимизирован разброс параметров элементов с учётом их допусков, которые не будут слишком жёсткими, что не приведет к удорожанию, и не будут достаточно свободными, чтобы не увеличивался процент брака. Это ведёт к увеличению рентабельности производства, сокращению этапа прототипирования, времени, проведённого в лаборатории, и, в конечном итоге, к снижению стоимости продукции и повышению её конкурентоспособности на рынке.

Рис. 4. OrCAD PSpice A/D – мощные средства аналогового, цифрового и смешанного моделирования электронных схем с огромной базой Spice"моделей электронных компонентов
Технологии OrCAD PSpice A/D – это передовые, востребованные на производстве средства аналогового, цифрового и смешанного аналого цифрового моделирования для инженеров электриков. С помощью OrCAD PSpice A/D возможно моделирование широкого диапазона схем – от источников питания до высокочастотных систем и небольших микросхем.
Пакет OrCAD PSpice A/D даёт возможность инженеру:
С OrCAD PSpice A/D легко просматривать результаты 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: Or CAD Capture. Инструменты расширенного анализа (Advanced Аnalysis) включают в себя анализ чувствительности, анализ разброса параметров методом Монте Карло и аварийный (стресс ) анализ.
Основные достоинства OrCAD PSpice A/D:
Функциональные возможности Or CAD PSpice A/D:

Cadence OrCAD Signal Explorer – это модуль пред и посттопологического анализа целостности сигналов, сочетающий в себе преимущества взаимодействия среды проектирования и моделирования (см. рис. 5). Signal Ex plorer тесно связан с редактором печатных плат OrCAD PCB Editor и является масштабируемым решением, позволяющим значительно снизить расходы на разработку печатной платы. В случае, если уровень разработок вырастет, Signal Explorer может быть легко обновлён до более сложного программного решения Cadence Alle gro PCB SI.

Рис. 5. Программа пред" и посттопологического анализа целостности сигналов OrCAD Signal Explorer способна значительно ускорить работу инженеров по разработке плат с высокой плотностью монтажа, снизить вероятность ошибок
Модуль Signal Explorer даёт возможность анализа целостности сигналов на основе SPICE моделирования. Он состоит из процессора Tlsim, отображения осциллограмм в SigWave, DML (Device Modeling Language, языка моделирования устройств), трансляторов из других форматов для моделирования и подсистемы управления и редактирования библиотек моделей. Модуль Signal Explorer способен значительно ускорить работу инженеров по разработке плат с высокой плотностью монтажа, снизить вероятность ошибок. С помощью Signal Explorer можно создать и отредактировать виртуальный прототип топологии печатной платы, а затем промоделировать её работу и проверить результаты. После анализа результатов есть возможность опробовать другие топологические схемы путём 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.
Модуль Signal Explorer графически отображает результаты моделирования в виде осциллограмм и таблицы с данными. Осциллограммы отображаются в редакторе SigWave (см. рис. 6). В данном редакторе можно изменять, печатать и сохранять файлы с осциллограммами. Интегрированная таблица данных даёт возможность распечатать результаты моделирования или экспортировать файлы с данными в другие программы, работающие с таблицами, например Microsoft Excel.

Рис. 6. SigWave – приложение, входящее в состав OrCAD Signal Explorer, – выводит на экран осциллограммы сигналов, полученных при моделировании, и обладает широким инструментарием для редактирования и преобразования графиков сигналов
Основные достоинства модуля Signal Explorer:
В состав Signal Explorer входит модуль SigXplorer для предтопологического проектирования. Такой тип анализа является общим на ранних эта пах цикла разработки, когда инженеры оценивают характер влияния на раз работку новых устройств и технологий или увеличения скорости переда чи по шине. Модуль SigXplorer может использоваться для построения и обос нования топологии, а также доказа тельства жизнеспособности новых идей перед началом детального проектирования.
Это лишь краткий обзор пакета программ OrCAD – мощного, масштабируемого и приемлемого по цене средства разработки электронных схем и печатных плат, отвечающего всем современным требованиям и стандартам. Огромный набор библиотек компонентов, в том числе Spice моделей и IBIS моделей, удобная система навигации в проектах, поиска компонентов по библиотекам в Интернете делают OrCAD незаменимым средством для инженеров радиоэлектронной промышленности. Возможность передачи проектов из таких программ, как OrCAD Layout, PCAD 4.x – 200x, PADS в OrCAD, делают переход на него удобным и доступным
1. OrCAD Capture User Guide Product Version 16.3 December 2009.
2. OrCAD CIS User GuideProduct Version 16.3 December 2009.
3. PSpice User's Guide, Product Version 16.3 De cember 2009.
4. Allegro® User Guide Product Version 16.3 De cember 2009.
5. Болотовский Ю.И., Таназлы Г.И. OrCAD 9.x, OrCAD 10.x. Практика моделирования. Солон Пресс, 2008.
6.
7. .