Altium DXP 2004(简称DXP 2004)是一套完整的板卡级设计系统,真正实现了多种设计工具的集成。它完全融合了Windows XP 和Windows 2000 平台的优势,具有改进的稳定性、增强的图形功能和超强的用户管理界面等优点。
DXP 2004 的特点之一是以项目为中心的设计环境,每一个具体设计都可以看做一个项目,而项目中的各种文件(原理图文件、印制电路板文件、库文件、仿真文件等)可以随便放置在硬盘任意分区和目录中,不再以数据库的形式存放,而是通过创建项目文件来进行管理。
DXP 2004 虽然兼容了以前各种版本的Protel 系列软件,但是在操作方法上变化很大,对于用惯了以前的 Protel 的用户来说,这是使用上的难点。在本章中将较为详细地介绍 DXP2004系统的参数优先设定和文件管理方式,以及各种常用工作面板的使用方法,为用户更好、更快地学习DXP 2004 电路设计打下良好的基础。
在电子设计领域,目前比较流行的以PCB 为设计目标的EDA 软件有DXP 2004、OrCAD和Zuken 等。其中,DXP 2004 是从国内业界最早使用也最为流行的Protel 软件发展而来的。Protel 软件的发展很快,从最早的Protel for DOS 开始,经历几次比较大的版本调整,有Protel for Windows、Protel 98、Protel 99 SE和Protel DXP。
Protel以其卓越的设计能力和旺盛的生命力,紧跟计算机发展的步伐,为EDA设计技术提供了优秀的设计平台,其发展过程也体现了计算机和EDA技术的发展历程。
随着计算机业的发展,从20世纪80年代中期计算机应用开始进入各个领域。在这种背景下,1988 年由美国 ACCEL Technologies 公司推出了第一个应用于电子线路设计的软件包——TANGO,这个软件包开创了电子设计自动化(EDA)的先河。该软件包现在看来比较简陋,但在当时给电子线路设计带来了设计方法和方式的革命,人们纷纷开始用计算机来设计电子线路,直到今天在国内某些科研单位还在使用这个软件包。
随着电子业的飞速发展,TANGO 日益显示出其不适应时代发展需要的弱点。为了适应科学技术的发展,Protel Technology 公司以其强大的研发能力推出了 Protel For DOS 作为TANGO的升级版本,从此Protel这个名字在业内日益响亮。
20世纪80年代末,Windows系统开始日益流行,许多应用软件也纷纷开始支持Windows操作系统。Protel 也不例外,相继推出了Protel For Windows 1.0、Protel For Windows 1.5等版本。这些版本的可视化功能给用户设计电子线路带来了很大的方便,设计者再也不用记一些烦琐的命令,也让用户体会到资源共享的乐趣。
20 世纪90 年代,Windows 95 开始出现,Protel 也紧跟潮流,推出了基于Windows 95 的3.x 版本。3.x 版本的Protel 加入了新颖的主从式结构,首创了EDA Client/Server体系结构,使各种 EDA 工具方便地实现无缝衔接。但该系列版本软件在自动布线方面却没有什么出众的表现。
1998 年,Protel 公司推出了给人全新感觉的Protel 98。Protel 98 成为第一个包含5 个核心模块的真正32 位的EDA 工具。这5 个核心设计模块为:Advanced SCH 98(电路原理图设计)、PCB 98(印制电路板设计)、Route 98(无网格自动布线器)、PLD 98(可编程逻辑器件设计)和SIM 98(电路图模拟/仿真)。Protel 98 以其出众的自动布线能力和多类型设计无缝衔接功能,获得了业内人士的一致好评。
1999 年,Protel 公司又推出了最新一代的电子线路设计系统——Protel 99。在Protel 99中加入了许多全新的特色,具有出众的自动布线能力。Protel公司引进MicroCode Engineering公司的仿真技术和IncaSEs Engineering Gmbh公司的信号完整性分析技术,推出了具有PDM (产品数据管理)功能的 EDA 设计综合环境。2000 年,Protel 公司兼并了美国著名的 EDA公司ACCEL(PCAD),随后推出了Protel 99 SE,进一步完善了软件的高端功能,步入了与传统UNIX上大型EDA软件相抗衡的阶段。此后,Protel公司又进行了一系列战略性的兼并和调整,包括与Atemel 合并,并于2001 年更名为Altium 公司,随后推出了Altium DXP、Altium Designer等系列软件。
DXP 2004 已不是单纯的 PCB(印制电路板)设计工具,而是由多个模块组成的系统工具,包括SCH(原理图)设计、SCH(原理图)仿真、PCB(印制电路板)设计、Auto Router (自动布线器)和FPGA设计等,覆盖了以PCB为核心的整个物理设计流程。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、自动布线及电路仿真等技术结合在一起,为电路设计提供了强大的支持。
DXP 2004 功能模块主要包括原理图设计系统、印制电路板(PCB)设计系统、基于Spice3f5混合电路模拟的电路仿真系统、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计系统及硬件描述语言(VHDL)设计系统等。同时,DXP 2004 也向下兼容以前各种版本的Protel ,如Protel 98、Protel 99、Protel 99 SE 及Protel DXP 等。
DXP 2004 具有以下特性。
1)层次化多通道原理图编辑环境 DXP 2004 的原理图编辑环境支持针对板级 PCB 或FPGA 的设计解决方案。扩展的项目导航特性和错误检查允许用户以合理的方式,采用自上而下或自下而上的层次设计方式进行项目设计。对原理图的数量和层次深度没有任何限制,用户可以实现任意复杂程度的设计。
2)混合模式的 SPICE 3f5/Xspice仿真 DXP 2004 使集成的信号仿真成为现实。用户可以直接从原理图编辑环境中运行混合信号SPICE 3f5/Xspice 仿真,并且可以完整地实现仿真分析,包括如温度和蒙特卡洛(MonteCarlo)组件误差扫描等先进的仿真分析。
3)布局前后的信号完整性分析 信号完整性分析内置于DXP 2004 设计规则之中,允许将信号完整性问题作为通用的板级DRC检查中的一项。
初步的阻抗和反射仿真可以在最终板级布线之前的原理图中实现,允许对潜在的问题进行初步仿真分析,例如,对不匹配的网络阻抗进行检查。完整的阻抗、信号反射和串扰分析可以在最终的PCB上进行,以便于检查设计的实际性能。
当信号完整性检查发现问题时,DXP 2004 的结果顾问(Termination Advisor)会通过应用不同的信号到有问题的网络来仿真其效果,从而帮助设计人员选择最好的方法进行电路修改。
4)基于FPGA 设计的现场交互式开发 DXP 2004 是认识到FPGA 在当今电子设计中重要性不断提高的首款板级设计系统。系统提供了FPGA元件库,这些元件库可以用于原理图级的设计实现,使得不需要采用HDL(硬件描述语言)也可以完成一个基于FPGA 的设计。基于FPGA的组件是经过预先综合和验证的,可以适用于多种目标器件,从而使设计者可以很容易地改变目标器件。DXP 2004也支持基于VHDL 的FGPA 开发与应用设计。
为了使FPGA 设计更加容易,可以将DXP 2004 和Altium公司设计的NanoBoard FPGA开发系统硬件相结合,使用户可以实现交互调试和运行的设计过程,更好地完成FPGA设计。
5)PCB 和 FPGA 项目之间的自动 FPGA 引脚同步 在 PCB 和 FPGA 项目之间,使FPGA引脚配置同步的任务由系统自动处理,避免手工设置的烦琐和出错。并且,多个FPGA扫描特性使用户可以自动优化基于FPGA的板级设计。
6)规则驱动的板级布线和编辑 使用DXP 2004 的Protel 规则驱动PCB 布线和编辑环境,用户可以完全控制板级设计过程。可以通过 49 个不同规则约束用户设计的 PCB,这些规则覆盖了包括布线、高速和制造等 10 个类别。可以对规则进行适用范围的划分,决定哪条规则适用于哪些对象,从而实现对设计目标的精确控制。
布线时,导线宽度、电气安全间距等规则可以实时监测,确保用户设计没有违反规则。
7)提供集成化的库 DXP 2004 拥有68 000 多个元件的设计库,包括用于原理图绘制的原理图符号和它们对应的PCB封装、Spice仿真模型和信号完整性分析模型等。同时,仍然支持以前版本的原理图库和PCB 库,并确保用户自定义的库文件可以轻松导入到DXP 2004中。
8)改进的Situs 自动布线器 DXP 2004 采用改进型的Situs 自动布线器。这种改进型的自动布线规则和内部算法的优化都大大提高了布线的成功率和准确率,从而使设计者可以处理高密度组件封装和板级设计。与传统的基于形状的布线器不同,DXP 2004 的自动布线器可以很容易地以非直角方向布线,并对板层执行智能连接分配。
9)完整的 CAM 输出和编辑性能 DXP 2004 支持多种文件输出类型,包括 ODB++、Gerber 和 NC Drill(NC 钻孔文件)等。网络表输出支持格式包括 EDIF、VHDL、Spice 和Multiwire等。另外,还提供了丰富的报表功能,便于存档和生产。
DXP 2004 推出后,又陆续推出了其增量服务包 Service Pace 1(SP1)、Service Pace 2 (SP2),直至SP4 等。用户可以在安装DXP 2004 后自行下载安装这些服务包,使系统功能更趋完善。其中功能更新较多的是 SP2 服务包,它提供了涉及原理图设计、PCB 设计、CAB文件生成、FPGA设计等多个方面的150多项新加功能或增强功能,因此推荐用户尽量安装此服务包。本书介绍的软件界面是基于安装SP2服务包后的系统,但为了说明方便,在后续的介绍中,不再单独指出SP2,而统一使用DXP 2004 的名称。
1)项目管理的新模式 在DXP 2004中,项目管理采用整体的设计概念,支持原理图设计系统和PCB设计系统之间的双向同步设计。
2)DXP 2004 有74 个板层可供设计使用 DXP 2004 可提供32 个信号层(Signal)、16个机械层(Mechanical)、16 个内电层(Internal Plane)、2 个阻焊层(Solder Mask)、2个助焊层(Paste Mask)、2 个丝印层(Silkscreen 或称Top-overlay、Bottom-overlay)、2 层钻孔层(钻孔引导和钻孔冲压)、1 个禁止布线层(Keep-out Layer)和1个多层(Multi-Layer)。
3)设计环境更加友好易用 DXP 2004 使用了集成化程度更高、更直观的设计环境。通过使用弹出式标签栏、面板及功能强大的过滤器,可以对设计过程进行双重监控。
4)不同设计工具无缝衔接 DXP 2004 实现了各种设计工具的无缝集成。提供了对原理图和FPGA设计接口的支持,在管理元件库方面,除了增加Xilinx和Altera等设备的元件库外,还引入集成元件库的概念,简化了封装调用和设计的过程。
5)工程编译、分析的新功能 在DXP 2004 中,可以在原理图编辑系统下直接进行电路仿真,强大的ERC(电气规则检查)功能和PCB环境下的DRC(设计规则检查)功能可以帮助用户更快地查出和改正错误。
6)新一代的Situs 拓扑式逻辑自动布线器 可以减少BGA 元件布线工作量。
7)更加方便丰富的编辑功能 DXP 2004 提供了丰富的查询驱动筛选系统,自动放大或切换选择项目。通过对象查看,可以同时对选中的多个对象进行编辑,使全局变量的修改更直观。