武汉大学CAD考试

1、名词解释：EDAElectronic Design automation计算机应用于电路设计的较高级阶段，大量工作由计算机实现，产品由电路设计、性能分析到设计出IC图或者PCB版的过程由计算机自动完成。PCB: Printed circuit Board;CAD： Computer Aided Design 计算机辅助设计 . 包括：电原理图的编辑、电路 功能仿真、工作环境模拟、印制板设计(包括自动布局、自动布线)与检测(包 括布线、布局规则的检测和信号完整性分析)等，还能迅速形成各种报表文件， 如：元件清单报表等。SPICE (Simulation Program with Integrat

2、ed CircuitEmphasis) 由 berkly 推出的电路分析软件，基于晶体管级别的模型，重点应用于集成电路的 仿真，可在电路级实现模拟。CAM： Computer Aided Manufacturing计算机辅助制造DDB： Protel 设计文件库SCH：Protel 原理图设计文件扩展名(原理图编辑器)EMC(Electromagnetic Compatibility)；其定义为“设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”该定义包含两个方面的意思，首先，该设备应能在一定的电磁环境下正常工作，即该设备应具备一定的电磁抗扰度 (EMS)；

3、其次，该设备自身产生的电磁骚扰不能 对其他电子产品产生过大的影响，即电磁骚扰 (EMI) 。电磁干扰( Electromagnetic Interference ， EMI)TopLayer ：顶层、元件面BottomLayer ：底层、焊锡面Mechanical layer ：机械层Silkscreen ：丝印层Miscellaneous Devices.ddb ：混合元件库ERC(electrical Rules Check):原理图的电气检查,即检查电路中端口是否正常连接，保证元件编号、输入引脚等连接正常。DRC PCB设计规则检查；检查印制板设计中出现的漏连接、间隙过小、线宽不合适等问

4、题。Updata PCB：更新 pcb文档Creat Netlist ： 生成网络表文件Footprint ：元件的封装形式Create Symbol From Sheet ：由原理图生成方块电路 常用的用于电路分析的有哪些软件，哪些可以用于绘制原理图，哪些可以用于 制作 PCB 图?1电子电路CAD软件ORCADOrCAD软件的功能特点：(1) 高集成性 ；(2) 模块化、层次化设计和按项目有效管理 ；(3) 强大的电路模拟和波形显示功能 ；(4) 丰富的元器件模型库和封装库及扩充功能 ；(5) 强大的电路印制板设计功能 具有与多种EDA和CAD应用软件交换数据的功能(7) 功能强大的机械接

5、口和计算机辅助加工接口(8) 软件的广泛适用性OrCAD是一个软件包，核心软件是PSpice A/D,为使模拟工作做得更快更好，OrCAD 软件包中还提供了以下 5 个配套软件与之相配合。(1) 电路图生成软件( Capture) 其主要功能是以人机交互方式在屏幕上绘制电路图，设置电路中元器件的参数，生成多种格式要求的电连接网表。在该程序中可直接运行 PSpice 及其它 配套软件。(2) 激励信号编辑软件( StmEd： Stimulus Editor ) 其主要功能是生成电路模拟中需要的各信号源。包括瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频、指数等 5 种信号波形和逻辑模拟中需要的时

6、钟、 脉冲、总线等各种信号。(3) 模型参数提取软件( ModelEd： Model Editor ) 其主要功能是提取来自厂家的器件的数据信息， 生成所需要的模型参数。 尽管 PSpiceA/D 的模型库中提供了一万多种元器件的模型参数， 但在实际应用中 仍有用户觉得不够用，这时 ModelEd软件就显得至关重要。(4) 波形显示和分析模块( Probe)其主要功能是将 Pspice 的分析结果用图形显示出来。不仅能显示电压、 电流这些基本电路参量的波形，还可显示由基本参量组成的任意表达式的波形， 所以有“示波器”之称。(5) 优化程序( Optimizer ) 其主要功能是自动调整元器件的

7、参数设计值，使电路的特性得到改善，实现电路的优化设计。电路模拟软件内部工作原理磔件KCLKCLProbe方程组2. Altium Designer13.0 集成设计平台功能原理图捕获工具元件库的管理。（演示一下原理库）编辑原理图文件（放置元件，编辑连线和定义设计规则）。集成了一些元件分销商，以允许寻找元件和访问制造商的数据。 SPICE混合电路仿真。预布局信号完整性分析。导出网表。报告和物料清单。 多通道，层次化原理图和设计重用。印刷电路板设计工具元件封装库的管理。放置元件。人工布线，支持差分对，多层布线，引脚交换和门交换。 自动布线。自动多通道布局和布线。交互的板3D编辑和MCA导出到STE

8、P 信号完整性分析。生成制造文件，支持Gerber和ODB+格式。 FPGA和嵌入式软件工具将FPGA PCB和信号完整性设计进行同步。 HDL仿真和调试。用于不同嵌入式处理器的FPGA软核处理器开发工具（编译器、调试器和 统计分析器）。发布/数据管理PCB设计 每个设计的版本控制，以及从文本和视觉上比较差异。批处理输出生成和输出格式化（即：Gerber文件，拾取和贴 装，PDF原理图和PCB文件等）。创建用于文档和设计规则的模板。 使用配置管理，以及通过ECO来跟踪所有的设计改变。 创建和发布设计，以及装配变量。云发布设计和制造数据。其他软件：Quartusll (Altera) ISE (

9、XILINX); Multisim;MatlabEWB SystemView MMICAD微波仿真的ADSCSTFEKO原理图绘制流程“企IB Designer原理圉谡i+淙程通过层次化和平坦式的设计结构， 体现一个电子系统的设计原理。 因此， 原理图 的设计应该遵循以下 设计原则 ：1. 在设计原理图时，要规范合理地使用元件符号和注解方法。2. 原理图的设计，必须直观，容易读图。3. 原理图的设计质量，直接影响到所有后续设计的正确性。因此，设计者必 须要保证所设计的原理图是对所设计电子系统真实和准确的描述。4. 正确的设置用于绘制原理图的环境参数，这对于绘制原理图过程也有很大 的影响。原理图

10、设计的质量直接影响到后续 PCB设计和PCB制版的质量。所以，在绘制原 理图之前，必须要进行周密的规划， 规划主要包括以下几个方面的内容 ：1 绘制原理图所需要元器件库的原理封装和 PCB封装是否完备。如果所需要的 库元件不完整，则绘制原理图前，需要事先完成缺失元器件的原理封装或者 PCB 封装。2对电子系统的各个模块进行仔细划分，比如：电源模块、控制模块、模拟电 路模块和数字处理模块等。3对设计者自己根据理论知识或者自己的理解所设计的电路，在必要的时候需 要事先进行SPICE仿真。4确定描述电路设计采用的绘制方式，即：采用平坦式还是层次化。 5正确的设置原理图所需要的环境参数。利用数学模型进

11、行计算机辅助电路分析的一般步骤是什么？也就是PSPICE的内部结构计算机辅助电路分析的的 方法和步骤 ：（1）按一定的规则，对网络的结点（或回路、割集）和支路进行编号，列写出 网络的拓扑结构参数、 元件参数、 激励源参数的数据表， 并按所选用的方式输入 到计算机。（2） 根据确定的数学模型和计算方法，编制程序，输入计算机。（线性方程组）（3）运行程序，形成电路方程，求解方程，输出结果（显示或打印） 。（4）分析结果，确定改进电路设计的方案。计算机辅助电路分析的主要设计思想利用已有的计算机程序辅助电路分析设计的基本方法是首先将电路模型的有关 数据告诉计算机， 具体包括组成电路的各元件的类型、 参

12、数、连接关系和支路参 考方向等信息。 人们通常用观察电路的方法来获取这些信息， 而一般的计算机还 不善于识别这些电路图。 用计算机分析电路时， 需要将这些信息转换为一组数据， 按照一定方式存放在一个矩阵或表格中，供计算机建立电路方程所使用。PSPICE的基本组成PSPICE由六个基本模块组成：（1）电路原理图输入程序 Schematics PSPICE（2）电路仿真程序PSPICE这是整个软件的核心部分（3）输出结果绘图程序Probe Probe程序是PSPICE的输出图形后处理软件包（4）激励源编辑程序 Stimulus Editor Pspice（5）模型参数提取程序Parts确立电路中所

13、用元器件的精确模型对于模拟电路 的计算机辅助分析至关重要（6）元器件模型参数库LIBPSPICE提供了一个元器件参数库。AD中允许的分析类型包括哪些类型：（见ppt5 ） 直流工作点分析。瞬态分析和傅立叶分析交流小信号分析阻抗特性分析噪声分析Pole-Zero 分析传递函数分析蒙特卡罗分析参数扫描温度扫描等SPICE包含下面的基本程序模块组成：电原理图输入程序。激励源编辑程序。电路仿真程序SPICE输出结果绘图程序。模型参数提取程序。带有SPICE元器件模型参数库。SPICE仿真处理流程电驚拓扑和元器件裁数信息元器件模型处理 律立电路方程组求解电路方程基于AD软件SPICE电路分析和优化设计流

14、程交流小信号分析定义交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前，就应该得到此 元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流信号源，即：在激励源中的AC属性域中设置一个大于零的值。交流小信号分析的过程首先计算电路的直流工作点。在直流工作点处对各个非线性元件线性化处理； 得到线性化的交流小信号 等效电路；使电路中交流信号源的频率在一定范围内变化，计算输出交流信号； 分析电路的交流小信号放大特性随频率的变化关系瞬态分析瞬态分析在时域中描述瞬态输出变量的值。在未使能Use Initial Conditions参数时，对于固

15、定偏置点，在计算偏置点和非线性元件的小信号参数时， 节点初始值也应考虑在内。因此，对于有初始值的电容和电感，也被看作是电路的一部分。 瞬态分析的功能是：在给定输入激励信号的作用下，计算输出端的瞬态响应； 首先计算t=0时的电路各个元器件的初始状态； 然后从t=0到某一给定的时间范围内选取一定的时间步长，计算 输出端在各个不同时刻的输出电平；激励源：脉冲信号，分段线性信号，正弦调幅，调频信号，指数 信号；这个部分将构建用于瞬态分析的电路，并执行瞬态分析。主要内容包括： 构建瞬态分析电路 设置瞬态分析参数分析瞬态仿真的结果。电路的优化设计（见ppt7）?电路优化设计的目的：在电路设计已基本满足功能

16、和特性指标的基础上， 根据要求的电路特性约束条件，调整电路中的元器件参数，使电路指标要 求（又称为目标参数）为某一指定的数值。?电路优化设计方法包括：自动设计电路的拓朴结构和自动确定电路的元器 件参数两方面。目前一般是将最优算法和电路基本分析结合在一起，从而产生CAD与 EDA勺最优工具。?电路优化设计过程：在约束条件限制下，不断调整电路中元器件参数，进 行电路迭代运算，直到目标参数满足优化要求。即进行一次优化将包括多 次电路模拟。优化设计相关的参数?目标参数：是待优化的目标，是评价电路设计优劣的标准。?约束条件：为了满足电路设计要求给出的某种电路特性的限制范围。?优化指标：约束条件和目标参数

17、统称为优化指标（ Specificatio n ）。电路优化设计的过程方框图MATLA啲主要应用领域（1）数值分析。（2）数值和符号计算。（3）工程与科学绘图。（4）控制系统的设计与方针。（5）数字图像处理。（6）数字信号处理。（7）通讯系统设计与仿真。（8）财务与金融工程。MATLAB个重要部件? Toolboxes （工具箱函数） 适用于各个应用领域，它包含几十个工具箱函数? Simulink （动态仿真工具） 可利用方框图构造系统，并进行交互式的动态仿真。Simulink 提供了哪些用于电子和通信的工具箱Control System Toolbox 控制系统工具箱Communicatio

18、n Toolbox 通讯工具箱Financial Toolbox 财政金融工具箱System Identification Toolbox 系统辨识工具箱 Image Processing Toolbox 图象处理工具箱 Neural Network Toolbox 神经网络工具箱 Optimization Toolbox 优化工具箱Signal Processing Toolbox 信号处理工具箱Simulink Toolbox 动态仿真工具箱Wavele Toolbox 小波工具箱DSP system toolboxDSP 处理工具箱调制技术（模拟调制）仿真 （见 ppt10 ）PCB绘制

19、基础知识（见pptll ）信号传输线定义利用了信号总是选择阻抗最小的路径作为回路， 来控制信号线与交流地之间的 关系。此外，也可以利用信号线上的阻抗为一个常数，来更好的传输信号。阻抗 为常数的信号线称为阻抗受控线，它为电路板上信号传输提供最好的媒介。然而，当信号延迟时间远大于信号跳变时间时， 信号线必须当作传输线。 如下 图所示，如果传输线没有合适的端接，则容易产生反射，导致信号失真。结果是 在负载端产生振铃， 使系统速度变慢。 这也可能严重的破坏系统时序关系， 使得 电子系统不能正常工作。FKiure 17. Reflections on n Stgnni Ltne nJ at the Dr

20、ive*; b） nt the Loafa）驱动器端b）负载端信号反射现象信号反射的定义信号源产生带有能量的信号，接入阻抗为Z0的传输线。尽管传输线被视为一个电阻，但它并不消耗能量，信号能量必须通过负载阻抗吸收。从信号源到负载的最大能量传输，要求负载阻抗等于源阻抗。如果二者不相等，那么信号的一部分能量被负载吸收，一部分被反射回 信号源，信号源就会产生相应的变化去补偿输出。这样，负载端的信号波形就可以当作反射波与信号源输出的叠加。反射波取决于线阻抗与负载阻抗的失配情况及信号跳变时间与传输延迟时间的 比率。如果跳变时间远大于传输延迟时间， 信号反射回信号源时，信号源的输出 只改变一点，反射对信号只引起小小的扰动，在负载端表现为小小的过冲。信号反射的计算信号线长度足够长时被视为传输线，传输线的反射信号的大小取决于传输线阻抗 与负载阻抗的差别。重要结论：由于存在信号反射，所以信号需要经过一段时间才能达到所要求的 门限内。因此，信号反射的存在大大降低了信号工作的频率。所以在高速电路 设计中，要想办法消除反射。消除信号反射反射影响大多数系统，所以需要消除反射，至少将信号反射可以降低到可允 许的范围内。在理想情况下，只有当Z0=ZL时，才能消除信号反射。下面给出消 除信号反射的一些方法：1.