部分電路設計與仿真

第1章電路設計與仿真簡介

1.1緒論

1.2模擬電路設計及仿真工具

1.2.1NI Multisim

1.2.2Cadence PSpice

1.2.3Synopsys HSpice

1.2.4MATLAB/Simulink

1.2.5Altium Designer

1.3數字電路設計及仿真工具

1.3.1ModelSim

1.3.2Quartus Prime

1.3.3Vivado

1.4射頻電路設計及仿真工具

1.4.1ADS

1.4.2HFSS

1.4.3CST

1.5控制電路設計及仿真工具

1.6電路板設計及仿真工具

1.6.1Altium Designer 

1.6.2Allegro PCB Designer

1.6.3PADS

習題1

第2章Spice仿真描述與模型

2.1電子電路Spice描述

2.1.1Spice模型及程序結構

2.1.2Spice程序相關命令

2.件及Spice模型

2.2.件

2.2.2電壓和電流源

2.2.3傳輸線

2.2.4二極管和晶體管

2.3從用戶數據中創建Spice模型

2.3.1Spice模型的建立方法

2.3.2運行Spice模型向導

習題2

第3章電子電路設計與仿真

3.1直流工作點分析

3.1.1建立新的直流工作點分析工程

3.1.2添加新的仿真庫

3.1.3構建直流分析電路

3.1.4設置直流工作點分析參數

3.1.5直流工作點仿真結果分析

3.2直流掃描分析

3.2.1打開前面的設計

3.2.2設置直流掃描分析參數

3.2.3直流掃描仿真結果分析

3.3交流小信號分析

3.3.1建立新的交流小信號分析工程

3.3.2構建交流小信號分析電路

3.3.3設置交流小信號分析參數

3.3.4交流小信號仿真結果分析

3.4瞬態分析

3.4.1建立新的瞬態分析工程

3.4.2構建瞬態分析電路

3.4.3設置瞬態分析參數

3.4.4瞬態仿真結果分析

3.5參數掃描分析

3.5.1打開前面的設計

3.5.2設置參數掃描分析參數

3.5.3參數掃描結果分析

3.6傅裡葉分析

3.6.1建立新的傅裡葉分析工程

3.6.2構建傅裡葉分析電路

3.6.3設置傅裡葉分析參數

3.6.4傅裡葉仿真結果分析

3.6.5修改電路參數重新執行傅裡葉分析

3.7噪聲分析

3.7.1建立新的噪聲分析工程

3.7.2構建噪聲分析電路

3.7.3設置噪聲分析參數

3.7.4噪聲仿真結果分析

3.8溫度分析

3.8.1建立新的溫度分析工程

3.8.2構建溫度分析電路

3.8.3設置溫度分析參數

3.8.4溫度仿真結果分析

3.9蒙特卡羅分析

3.9.1建立新的蒙特卡羅分析工程

3.9.2構建蒙特卡羅分析電路

3.9.3設置蒙特卡羅分析參數

3.9.4蒙特卡羅仿真結果分析

習題3

第4章射頻電路設計與仿真

4.1S參數仿真

4.1.1S參數的概念

4.1.2S參數在電路仿真中的應用

4.1.3S參數仿真面板與仿真控制器

4.1.4S參數仿真過程

4.1.5基本S參數仿真

4.1.6匹配電路設計

4.1.7參數優化

4.2諧波平衡法仿真

4.2.1諧波平衡法仿真基本原理及功能

4.2.2諧波平衡法仿真面板與仿真控制器

4.2.3諧波平衡法仿真的一般步驟

4.2.4單音信號HB仿真

4.2.5參數掃描

4.3功率分配器的設計與仿真

4.3.1功分器的基本原理

4.3.2等分型功分器

4.3.3等分型功分器設計實例

4.3.4比例型功分器設計

4.3.5Wilkinson功分器

4.3.6Wilkinson功分器設計

4.3.7電路仿真與優化

4.3.8版圖仿真

4.4印刷偶極子天線的設計與仿真

4.4.1印刷偶極子天線

4.4.2偶極子天線設計

4.4.3優化仿真

習題4

第二部分電路原理圖及PCB設計

第5章印制電路板設計基礎

5.1印制電路板基礎知識

5.1.1印制電路板的發展

5.1.2印制電路板的分類

5.2PCB材質及生產加工流程

5.2.1常用PCB結構及特點

5.2.2PCB生產加工流程

5.2.3PCB疊層定義

5.3常器件特性及封裝

5.3.器件特性及封裝

5.3.器件特性及封裝

5.3.器件特性及封裝

5.3.4器件特性及封裝

5.3.5器件特性及封裝

5.4集成電路芯片封裝

5.5器件設計流程

習題5

第6章電路原理圖設計

6.1原理圖繪制流程

6.1.1原理圖設計規劃

6.1.2原理圖繪制環境參數設置

6.2器件庫設計

6.器件原理圖符號術語

6.2.2為LM324器件創建原理圖符號封裝

6.2.3為XC2S300E6PQ208C器件創建原理圖符號封裝

6.2.4分配器件模型

6.器件主要參數功能

6.2.6使用供應商數器件參數

6.3原理圖繪制及檢查

6.3.1繪制原理圖

6.3.2添加設計圖紙

6.3.3放置原理圖符號

6.3.4連接原理圖符號

6.3.5檢查原理圖設計

6.4導出原理圖至PCB

6.4.1設置導入PCB編輯器工程選項

6.4.2使用同步器將設計導入到PCB編輯器

6.4.3使用網表實現設計間數據交換

習題6

第7章印制電路板設計

7.1PCB設計流程及基本使用

7.1.1PCB層標簽

7.1.2PCB視圖查看命令

7.1.3自動平移

7.1.4顯示連接線

7.2PCB繪圖對像及繪圖環境參數

7.2.1電氣連接線

7.2.2普通線

7.2.3焊盤

7.2.4過孔

7.2.5弧線

7.2.6字符串

7.2.7原點

7.2.8尺寸

7.2.9坐標

7.2.10填充

7.2.11固體區

7.2.12多邊形覆銅

7.2.13禁止布線對像

7.2.14捕獲向導

7.2.15PCB選項對話框參數設置

7.2.16柵格尺寸設置

7.2.17視圖配置

7.2.18PCB坐標繫統的設置

7.2.19設置選項快捷鍵

7.3器件封裝庫設計

7.3.1使用IPC Footprint Wizar器件PCB封裝

7.3.2使用Component Wizar器件PCB封裝

7.3.3使用IPC Footprints Batch Generator創建器件PCB封裝

7.3.4不規則焊盤和PCB封裝的繪制

7.3.5添加3D封裝描述

7.3.器件PCB封裝

7.4PCB設計規則

7.4.1添加設計規則

7.4.2如何檢查規則

7.4.3AD中相關規則

7.5PCB布局設計

7.5.1PCB板形狀和尺寸設置

7.5.2PCB布局規則的設置

7.5.3PCB布局原則

7.5.4PCB布局中的其他操作

7.6PCB布線設計

7.6.1交互布線線寬和過孔大小設置

7.6.2交互布線線寬和過孔大小規則設置

7.6.3處理交互布線衝突

7.6.4其他交互布線選項

7.6.5交互多布線

7.6.6交互差分對布線

7.6.7交互布線長度對齊

7.6.8自動布線

7.6.9布線中淚滴的處理

7.6.10布線阻抗控制

7.6.11設計中關鍵布線策略

7.7PCB覆銅設計

7.8PCB設計檢查

7.9生成加工PCB相關文件

7.9.1生成輸出工作文件

7.9.2設置打印工作選項

7.9.3生成CAM文件

7.9.4生成料單文件

7.9.5生成光繪文件

7.9.6生成鑽孔文件

7.9.7生成貼片機文件

7.9.8生成PDF格式文件

7.9.9CAM編輯器

7.9.10生成3D視圖

習題7

附錄AAltium Designer 18.0快捷鍵

A.1通用環境快捷鍵

A.2通用編輯器快捷鍵

A.3SCH/SCHLIB編輯器快捷鍵

A.4PCB/PCBLIB編輯器快捷鍵

附錄B設計實例原理圖

器件及PCB絲印識別

隨著計算機技術的發展，電子設計自動化技術(EDA)獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透到社會的各個領域，有力地促進了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也變得越來越快。
電子設計自動化技術的核心是電子電路、IC或繫統設計及仿真、電子繫統的制造及仿真。作者在多年從事電子電路設計與開發以及講授“電路仿真與PCB設計”課程的基礎上，對電子電路設計、仿真與PCB設計方面的基礎知識、軟件使用、設計經驗等內容進行整理和總結後編寫完成此書。
本書共分為7章，其中，第1章為電路設計與仿真簡介，第2~4章主要介紹電路設計與仿真技術，第5~7章主要介紹電路原理圖及PCB設計，內容主要有：
第1章，介紹電子設計自動化技術的發展及現狀，並對當前應用於電子電路設計與仿真的主流軟件進行介紹。
第2、3章，介紹電子電路仿真的基本工具Spice，包括Spice仿真描述語言和基本的Spice模型，並以Altium Designer 18.0為例，講解電子電路設計及仿真過程。
第4章，介紹射頻電路設計及仿真常用的工具，並以ADS 2017為例，講解射頻電路設計及其S參數仿真，並給出兩個射頻電路設計及仿真的實例。
第5~7章，介紹電路原理圖和PCB設計的流程，並以Altium Designer 18.0為例，講解原理圖和PCB繪制方法，以及PCB設計中布局、布線的規則。
附錄部分給出了Altium Designer 18.0快捷鍵、設計實例的原理圖器件識別及絲印等。
需要說明的是，本書采用的Altium Designer 18.0及ADS 2017軟件漢化不完整，所以由其生成的部分圖形存在中英文混用的情況。
在本書的編寫過程中得到了大量的幫助和支持。特別感謝*高等學校電子信息類專業教學指導委員會教材規劃項目及清華大學出版社盛東亮編輯對該課程及教材的支持。特別感謝張建、陳鐵方、陳乾、王小燕等對本書的資料進行整理及校對。感謝Altium公司大中華區大學計劃經理馬熙飛。
盡管作者在編寫本書的過程中傾盡心力，但是由於水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者不吝賜教。

本書為讀者提供了電子設計自動化的方法和技術，以進行高效的電子電路繫統設計和實踐。在電子電路繫統開發過程中，使用恰當的電子設計自動化工具，將事半功倍，極大提高效率。本書是一部真正意義上的電子電路產品設計自動化的百科全書。
本書是作者在多年從事電路設計和課程講授基礎上凝練而成的著作。書中對電路設計、仿真與PCB設計方面的基礎知識、軟件操作與設計經驗進行了充分的論述，並給出了大量實例分析。全書內容講解翔實，圖文並茂，無論初學者還是經驗豐富的工程師都會從書中受益匪淺。
——鄧中亮  北京郵電大學教授
本書是一本電子設計自動化技術的工程實踐著作。本書是對電子與電氣類專業具有普適性的基礎應用書籍，涵蓋了對多種電子設計自動化工具的功能講解，描述了電路設計與仿真各個方面的知識，非常值得閱讀。
——謝鳳英  北京航空航天大學教授
Altium Designer是全球智能繫統設計自動化、電子產品設計解決方案的優秀平臺，該平臺致力於打破技術創新的障礙，讓工程師可以*限度地利用*設備和技術來設計新一代電子產品。本書全方位地介紹了Altium Designer在電路設計與仿真中的基本方法與使用技巧，並結合大量的案例講解如何進行電子電路器件庫符號制作、原理圖繪制、電路板布局布線、信號完整性和電源完整性仿真等，是一本難得的佳作！
——馬熙飛  Altium公司大學計劃經理
射頻電路中存在的分布參數提高了電路設計難度，準確高效的仿真是射頻電路設計的關鍵技術。本書中采用ADS軟件詳細描述了射頻電路的S參數仿真和諧波平衡法仿真方法，並以功率分配器、印刷偶極子天線為例詳述了射頻電路的仿真與優化。對於廣大高校的師生或者企業一線的設計師，都可以從本書中發現值得參考的內容。
 ——孟松  Keysight EDA大中華區總經理