印制電路板臺式CAE 工具具有各種功能，在當今經濟緊縮的年代這種低價位的工具更顯其價值之所在。　　作者： Gabe Moretti，技術編輯　　PC(個人電腦)的硬件和軟件能力已逐漸逼近或者達到工作站硬件和軟件的性能。除此之外，因特網的普及已經改變了計算模式，允許工程師們利用一批功能不太強大的計算平臺去解決原來需要一臺價格不菲的計算機才能解決的印制電路板設計問題。與此同時，CAE行業也涌動著重大的合并與收購浪潮。　　你可能認為這種重大的并購活動會縮小基于PC產品的市場規模而有利于利潤較高的基于工作站的產品。但這種情況并沒有發生；PC市場在從事印制電路板和FPGA設計與開發的工程師與技術人員的需求不斷增長的推動下反而以穩健的步伐持續增長。在大多數PC用CAE產品價目表中定價低于10，000美元，但實際能力卻與價格更高的基于工作站的相應產品相同。如果你必須設計一塊有2000個以上有源元件的印制電路板或者需要使用性能驅動的開發，那么，你仍然需要使用基于工作站的產品。根據摩爾定律，每一年半半導體技術便會使更大的IC面世。考慮到這一點，印制電路板上的有源器件數目正在減少，設計師們使用PC進行的印制電路板設計要比以前更多。另一方面，高速設計很復雜，設計師愈來愈多地利用參數驅動的開發方法來解決與電、磁寄生效應有關的問題。這些方法幾乎都需要使用一個工作站以及現有的功能強大的CAE工具。因此，基于PC的和基于工作站的產品市場仍然會持續增長。 　　部分實例　　設計師一般要輸入一塊印制電路板的電路圖，進行若干模擬運作，在印制電路板上對元件進行布局布線，然后生成制造信息。大多數印制電路板設計師都使用在Microsoft的 Windows或NT操作系統下運行的工具。然而，某些工程師更愿意使用蘋果公司的產品，他們也可以找到很好的軟件工具來幫助他們完成設計任務。Capilano Computing公司在市場上銷售用于Macintosh和iMAC的 DesignWorks Professional。按照DesignWorks Professional的價目表定價，如果從網上下載，則為395美元；如果想要一張CD(光盤)和一本使用手冊，則為495美元。它還配備有支持13種狀態的邏輯空間、售價為395美元的數字邏輯模擬選件。DesignWorks Professional可利用所有標準編輯功能來支持分層設計輸入，并可提供總數為13，000個以上符號的元件庫，以及可輸出通用格式文件，作為運行在蘋果平臺Windows上的布局布線程序的輸入。　　Vamp 公司提供在Macintosh上運行的印制電路板設計工具，如EDS-1，該工具能將電路圖捕獲、印制電路板布局、Gerber翻譯以及支持等實用程序集成在一起。EDS-1的價格為1495美元。EDS-2增加了數字模擬程序，定價為1895美元。電路圖編輯程序包含有一個便于電路圖符號互連的自動互連布線引擎。該編輯程序支持用戶定義的符號庫。印制電路板布局部分僅支持利用點對點布線程序的人工布線，但是，你可以購買多達16層采用推擠(push-and-shove)技術的優化的全功能布線引擎。的布線引擎的售價為895美元。標準布線引擎具有自動通孔插入、設計規則檢查、自動建立接地層以及自動散熱布局等功能。你也可以單獨購買該捆綁產品中的各個部件。例如，DesignWorks Professional與Vamp公司的印制電路板布局產品相兼容，可以選擇。　　使用Windows平臺的工程師可以找到許多廉價印制電路板設計工具供應商。例如Altium Ltd公司就在市場上銷售多種商標的CAE產品。這家公司初開發并銷售商標為Protel的產品，但是，經過幾次并購后，該公司的產品也多樣化了。在2001年8月，該公司更名為Altium公司并銷售Protel和P-CAD系列產品；Protel在美國以外的市場上比較受歡迎，P-CAD在美國則有一大批支持者。Altium公司通過在兩個產品系列中加大技術的交叉使用來逐漸合并這兩種系列產品，因為它們所供應的市場具有相同的需求，不過現在尚不立即將它們的商標更為Altium商標。　　Protel是電路板級設計系統的商標名。其產品是去年7月份推出的Protel DXP，價目表定價為7995美元。它具有電路圖輸入、電路仿真、布局前和布局后的信號完整性分析、規則驅動的電路板布局以及編輯等功能。這一新版本增加的重要功能是Situs Topological Autorouting引擎。該自動布線程序采用拓撲路徑映射分析法來找到潛在的布線路徑，即使是在非正交方向上也是如此，并可將它們變換成完成的布線。拓撲路徑映射技術可以允許該工具為任意幾何形狀的印制電路板和元件進行布線，這樣就無需在布線之后進行清理工作。Protel DXP支持盲孔與埋孔布線以及推擠交互式布線，并允許設計師規定設計變量。Protel DXP中的仿真程序是以Spice 3f5和Xspice為基礎的。它支持混合模數仿真，你可以從電路圖捕獲窗口直接調用。你不僅可以實現溫度與參數掃描以及Monte Carlo部件公差分析，而且還可以進行全套的標準Spice分析。信號完整性分析程序將傳輸線計算與I/O緩沖器宏模型用作輸入。你可以在進行終的電路板布局布線之前，根據信源電路圖來進行初步的阻抗與反射仿真。你還可以在完成電路板布局之后進行這些分析以及串擾分析，以驗證候選的實現方案。　　P-CAD產品系列在基于PC的CAE產品方面享有先驅公司之一的聲譽。P-CAD 2001是一代軟件。該捆綁軟件包括電路圖輸入、交互式布局布線、基于形狀的自動布線、工程文件編制與注釋、混合信號電路仿真、程序庫管理以及CAM (計算機輔助制造)等工具。整套軟件的售價為9995美元。該產品的電路圖輸入功能與Protel的相同，但用戶接口不同，這是因為Altium公司試圖保持已安裝的軟件所習慣的視覺和感覺。　　電路圖輸入產品的接口常常是選擇工具的主要因素。設計師需要把精力集中于設計的內容上，并更看重幾乎像他們第二天性那樣的功能。一旦設計師了解了一種界面，要改用另一種功能更強大但具有不同接口的工具就需要付出很高的代價。用戶難以利用新菜單，并會在可能跨越幾個設計的過渡期間犧牲效率和精度。因此，改用工具必定存在令人信服的功能上的理由，而Protel產品系列與P-CAD產品系列之間功能上惟一的主要差別就是自動布線程序。P-CAD系列使用許多引擎，其中包括啟發算法、兩層電源與地線布線程序、存儲器布線程序、扇出布線程序、許多用于圖形布線的算法、推擠算法、撕裂算法、使印制線間距相等的制造工序以及支持制造設計的清除例行程序。Altium公司每年都為產品進行免費維護，并認為購買者應當享有免費維修的權利。增強功能需要花錢，但不買升級產品則是用戶的自由。 Cadence Design Systems公司提供一系列既適用于PC平臺又適用于工作站平臺的產品。Cadence PCB Design Studio是該系列中的低端產品，其99年的特許使用費為9995美元。該產品系列的核心是Specctra布線程序，它是基于形狀的引擎，可處理需要復雜設計規則的高密度印制電路板。除Specctra引擎之外，Cadence PCB Design Studio還采用該公司高端產品使用的Allegro編輯技術。它具有設計輸入功能、程序庫管理功能以及印制電路板編輯功能。可用的選項包括制約因素驅動的高速設計、原程序語言、先進的物理規則檢驗以及變量設計能力。　　收購Orcad之后，Cadence公司獲得了一種新的適用于印制電路板設計的低端產品系列，即售價為7495美元的Orcad Unison Suite。該產品系列包括Orcad Capture電路圖編輯程序、PSpice A/D Basics混合信號仿真程序、Orcad Layout Editor以及Specctra 4U自動布線程序。其中的仿真程序可與電路圖編輯程序相組合，就可啟動按鈕和進行交叉探查。該仿真程序也支持使用行為模擬模型并允許實現DC (直流)和AC (交流)掃描、瞬態分析以及噪聲分析和傅理葉分析。Orcad Layout Editor含有一個16層基于柵格的自動布線程序，可支持一個元件或幾組元件的人工布局。　　盡管基于柵格的布線法用于元件密度不大的印制電路板綽綽有余，但當可用的布線空間非常寶貴時，就不能勝任了，因為它往往會產生附加的信號層，增加印制電路板的制造費用。為了避免這種情況，Orcad Union Suite包括一種版本的Specctra布線程序，這種基于形狀的布線程序可在4個信號層上同時進行布線。這種工具可滿足高速電路設計中必需的網絡調度、定時、串擾以及特殊幾何形狀等要求。Cadence Design Systems公司將Orcad產品系列看作是一種提高個人生產效率的工具，而將PC Design Studio的應用定位于由分成小組工作的工程師。　　Electronics Workbench公司開發并銷售適用于PC的各種CAE工具。今年，該公司將其中的一些產品捆綁成兩套產品出售，專門面向印制電路板開發商。售價為4495 美元的Professional Suite 包括電路圖輸入、仿真、布局以及布局布線等工具。售價為9995 美元的PowerPro Suite不僅具有Professional Suite的所有功能，還可支持RF(射頻)設計，支持多達64層并且能利用可編程邏輯器件進行VHDL協同仿真。PowerPro Suite有Multisim、Ultiboard和Ultiroute三個單獨的部件。盡管公司的網站只介紹這三個部件，但這兩套產品自2002年4月起就已上市。 　　Multisim是一個緊密集成的軟件包，具有電路圖輸入、元件數據庫和Spice仿真三種功能，并允許設計師天衣無縫地從一種功能轉換到另一種功能(圖1)。它還有一個RF設計套件，用以提高Spice用于較高頻率設計時的功能。Multisin的數字仿真程序與集成的模擬仿真程序相組合，就可進行真正的混合信號仿真。數字仿真程序既支持VHDL 93又支持IEEE 1364版本的Verilog語言。Ultiboard特點是具有能對各層明暗進行調節的“調光層”，從而使你能讓某些層不透明而某些層透明，這樣就可提供“鳥瞰窗口”以便顯示相對于整塊電路板的有源層。“轉至錯誤”功能允許你單擊出錯登錄文件中的違反設計規則，并使光標自動地移到圖中有問題的位置上。Ultiroute既使用基于柵格的布線程序，又使用無柵格的布線程序。它通常將印制線放在柵格上，但在必要時可使印制線移出柵格。因此，它可以在任何形狀的輪廓四周進行布線。　　收購Innoveda公司之后，Mentor Graphics公司獲得了包括支持在PC上進行印制電路板設計的Pads產品系列。Mentor Graphics公司至今尚未提供利用Pads單點工具的捆綁產品，因此，你必須根據現有工具的目錄自己制造。這一批單點工具售價3000～ 7500美元。如果你需要這些工具提供所有功能，則總費用稍大于10，000美元。　　你可從DxDesigner和PowerLogic這兩種電路圖輸入產品中選擇。高端DxDesigner是Innoveda公司的產品，其主要優點是它可與其他Mentor 公司印制電路板產品系列相兼容。PowerLogic是地道的Pads產品，可用作PowerPc印制電路板的前端，并可提供簡單而又有效的導向與編輯指令。可以將你在PowerLogic中定義的屬性傳遞給Pads下游工具，工程修改指令功能允許你確保整個設計是的。　　DxAnalog混合信號仿真引擎將增強型Spice3和Xspice兩種模擬引擎與12態數字仿真引擎組合在一起。它適合對電子、機械與物理等綜合工程領域中的開關電源、RF通信系統、互連系統、信號處理電路、功率放大器以及控制系統進行仿真。基于形狀的設計布局工具PowerPCB支持Microsoft Automation方法、Visual Basic以及OLE（目標鏈接與嵌入）功能。該工具具有“回避”與切割功能，允許你確定機械區域以確保印制電路板與硬件外殼準確吻合。PowerPCB許可證包括BlazeRouter自動布線程序，該布線程序采用任意角度和對角線布線算法以及推擠和撕裂重試技術。集成的可測性設計布線技術可在布線時自動地添加測試點。BlazeRouter HSD是一種新的選件，它支持匹配長度差分線對和小/長度網絡。Pads的其他單點工具包括串擾分析、EMC分析以及用于分析跨越多塊電路板的印制線的多電路板選件。　　涉足該市場的另一家公司是Pulsonix公司，它銷售具有電路圖輸入與印制電路板設計布局功能的產品。設計師在設計中使用的引腳數，以及自動布局與自動布線引擎的可用性決定著各種配置的價目表定價。功能小的配置也可支持多達1000個引腳，其售價為1395美元，功能強大的配置則包括自動布線程序，其售價達到4950美元。除了普通的布線功能外，自動布線程序還支持斜交或有拐角的印制線，多達16個層，外加電源和地線，以及用戶定義的區域內及區域外的布線。這家公司還提供一種售價為995美元的Spice混合信號仿真程序版本。　　Zuken公司提供售價低于10，000美元的兩種CADstar版本。售價為4600美元的 Bronze Plus和售價為7600 美元的Silver Plus兩種產品都包含有庫編輯程序、CADStar電路圖、CADStar 印制電路板以及獨立的布線編輯程序。Bronze Plus版本支持多達2000個引腳的設計，而Silver Plus版本則可處理多達3500個引腳。CADStar 印制電路板之所以能支持模擬設計，乃是因為它具有如下功能：銅填充；拼合銅電源平面、部分銅電源平面和全銅電源平面；彎曲與斜的銅連接；切割；靈活的拐角影線；以及不均勻間隔。它還支持用戶定義的“淚球”大小或連接線的尺寸，你可以將它們放在印制線、通孔或焊盤上。布線編輯程序利用無柵格算法支持人工的、交互式的和自動的布線。該產品還具有設計規則檢驗功能。
所有這些產品的共同特點就是易于使用。EDA供應商不能對復雜產品提供高成本的支持，因此，他們將注意力集中在直觀的用戶接口上，并盡量維持以往版本的傳統外觀與形象。另外，內容詳盡的在線用戶手冊和網上指南也是可利用的資源。決定購買哪種EDA工具的工程師們應當列出他們希望自己難完成的印制電路板具有的一系列特性， 如元件數、層數以及引腳數。然后，他們應當決定設計仿真是否重要和他們是否需要與本公司中具有更昂貴的印制電路板設計工具的其它部門交換設計資料。簡單地列出這些要求，就能很快地減少候選供應商的數目。　　大多數供應商都承諾用戶可免費試用其產品，試用期通常為30天。由于用戶界面非常重要，因此，你應當充分利用這一承諾，但務必給自己騰出充裕的時間來進行試用。拿出“實際”設計的壓力常常使你將產品試用置于次要地位，于是，你在試用期結束時卻發現有許多工作沒有做。你必須為評估任務列出一個時間表，好像它是一種實際設計，并賦予很高優先權。你也許會發現，你需要花費很多時間去評估兩種或三種產品。不過，你先前所花費的時間是會有回報的，因為從一組工具改用另一組工具，其代價是非常高的。　　圖片說明　　圖 1 電路圖輸入與仿真相結合，有助于排除設計中的差錯。