Cadence 16.6电路设计与仿真从入门到精通
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1.1 Cadence简介

Cadence公司在EDA领域处于国际领先地位,旗下PCB设计领域有市面上众所周知的Or CAD和Allegro SPB两个品牌,其中Or CAD为20世纪90年代的收购品牌。Allegro SPB为Cadence公司自有品牌,早期版本称为Allegro PSD。经过10余年的整合,目前Cadence PCB领域仍执行双品牌战略,Or CAD覆盖中低端市场(以极低的价栺就可以获得好用的工具,主要与Protel和Pads竞争),Allegro SPB覆盖中高端市场(与Mentor和Zuken竞争)。

(1)Or CAD涵盖原理图工具Or CAD Capture、Capture CIS(含有元件库管理之功能),原理图仿真工具PSpice(PSpice AD、PSpice AA),PCB Layout工具Or CAD PCB Editor(Allegro L版本,Or CAD原来自有的Or CAD Layout在2008年已经全球范围停止销售),信号完整性分析工具Or CAD Signal Explorer(Allegro SI基础版本)。

(2)Allegro SPB涵盖原理图工具Design Entry CIS(与Or CAD Capture CIS完全相同)、Design Entry HDL(Cadence旧Concept HDL),原理图仿真工具Allegro AMS Simulator(即PSpice AD、PSpice AA),PCB Layout工具 Allegro PCB Editor(有L、Performance、XL、GXL版本),信号完整性分析工具Allegro PCB SI(有L、Performance、XL、GXL版本)。

(3)Cadence 16.6与之前的几个版本在功能模块上既有相同的地方,也有不同之处,下面对比图1-1所示的启动菜单简单介绍一下具体功能模块。

● Design Entry CIS:Cadence公司收购的Or CAD公司的旧版本Capture和Capture CIS,是国际上通用的、标准的原理图输入工具,设计快捷方便,图形美观,与Allegro软件平台实现了无缝链接。

● Design Entry HDL:是旧版本的Concept HDL,提供了基于Design Capture环境的原理图设计,允许使用表栺、原理图和Verilog HDL进行设计。

● Design Entry HDL Rule Checker:检查Design Entry HDL规则的工具。

● Library Explorer:包括Part Developer和Library Explorer两个功能,进行数字设计库的管理,可以调用建立Part Developer、Part Table Editor、Design Entry、Packager-XL和Allegro的元件符号和模型的工具。

● Or CAD Capture:原理图设计工具。

● Or CAD Capture CIS:原理图设计工具。

● Package Designer:高密度IC封装设计和分析。

● PCB Editor:完整的PCB设计工具。

● PCB Router:CCT布线器。

● PCB SI:建立数字PCB系统和集成电路封装设计的集成高速设计和分析环境,可以解决电器性能相关问题,如信号完整形、串扰、电源完整性和EMI。

● Physical Viewer:Allegro浏览器模块。

● Project Manager:Design Entry HDL的项目管理器。

● PSpice AD:原理图仿真工具。

● Sip:是一种在基板上同时粘着两块以上芯片的单片封装。

● System Digital Architect:Sip数字结构图。

● System Architect:系统结构图。

图1-1 Cadence 16.6启动菜单

1.1.1 Cadence特点

Cadence设计系统公司宣布其Allegro 16.6 Package Designer与系统级封装(Si P)布局解决方案支持低端IC封装要求,满足新一代智能手机、平板电脑、超薄笔记本电脑的需要。Allegro 16.6 Package Designer与Cadence Si P Layout的新功能包括芯片置入腔体功能,即一种能提高效率的全新键合线应用模式,以及一种晶圆级芯片封装(WLCSP)功能,为IC封装设计提供业界最全面的设计与分析解决方案。

Cadence已经有能力通过Allegro工具,来解决与小型轻薄型消费电子产品IC封装有关的挑战。全新直观的键合线应用模式可通过专注于特定的焊线工艺提升产能。Cadence Allegro套件可实现高效率的WLCSP流程,可读写更简练的GDSII数据。全新的高级封装布线器基于Sigrity™技术,可大大加快封装底层互联的实现。封装评估、模型提取、信号与功率完整性分析,也是基于Sigrity™技术,幵都已经被集成到Allegro 16.6解决方案中。这使得IC封装设计中需要确认及签署的分析结果更加容易快捷。

Cadence Allegro的全新改良可实现具有更高可预测性和有效率的设计周期。此外,Allegro协同设计流程的改良可增强合作,芯片与PCB设计团队都能提高系统级的表现,降低总体系统成本。

与Protel提供的一个完整的设计工具包不同,Cadence Allegro工具提供了极其灵活的配置,通过拆分成许多功能模块,以满足不同需求的客户找到最贴切的方案,从而大幅节省成本。相比Allegro 16.6之前的Pspice只能支持单核,而新的Pspice可支持多核(超过4核),因而在仿真速度方面最高提升4倍。加强了与用户互动的功能,可通过云存储将设计放到云端。此外,在Team Design、小型化、三维接口等方面都有很好的改进。

Allegro 16.6 能够将高速界面的时序闭合加快30%~50%,这有赖于时序敏感型物理实现与验证,是其对应的业界首个电子 CAD (ECAD)团队协作环境,面向使用Microsoft Share Point技术的PCB设计。

Allegro 16.6 产品线的新功能有助于嵌入式双面及垂直部件的小型化改良,改进时序敏感型物理实现与验证,加快时序闭合,幵改进ECAD和机械化MCAD协同设计,这些都对加快多功能电子产品的开发至关重要。Allegro套件的PCB设计小型化功能在16.5中已经提供, Allegro 16.6产品套件继续利用嵌入式有源及无源元件最新的生产工艺,解决电路板尺寸不断缩小有关的特定设计问题。元件可利用z轴垂直潜入到PCB内层,大大减少xy轴布线空间。

Allegro 16.6通过自动交互延迟调整(Ai DT)加快时序敏感型物理实现。自动交互延迟调整可缩短时间,满足高级标准界面的时序约束,例如DDR3等,缩短的程度可达30%~50%。Ai DT可帮助用户逐个界面地迅速调整关键高速信号的时间,或将其应用于字节通道级,将PCB上的线路调整时间从数日缩短到几个小时。EMA Timing Designer结合Allegro PCB SI功能,帮助用户迅速实现关键高速信号的时序闭合。

1.1.2 Cadence新功能

1.Cadence 推出最新版本中原理图部分Or CAD Capture V16.6,新增功能如下。

(1)在 Sig Xplorer 设定的拓朴结构及Constraints 可直接回编到电路图上,大幅简化与缩短Pre-Sim的作业流程。

(2)自定义菜单和工具栏:自定义 Menu和Toolbars,如改变Menu item位置和名称等。其中,文件位置在“\share\or Resources”路径下。

(3)修改XML文件,未保存页面会标示“*”:修改过的Design or Page or Library会在未保存前,标示Mark(*)星号。

(4)增强了查找功能。

● 可指定找寻某一个属性的值,如pcb footprint=PLCC28Note:属性名称需为完整字串,万用字元(*)只支援参数值字串。

● 搜寻区间范围的零件,如U4[1-4]Note:当两个功能都被开启时,常规描述搜寻只支援属性值的字串。

● 一次性替换相同网络名称的页间连接符,将A名称换成B名称。

(5)增强 Cache 的更新:可在设计 Cache中一次选取多个零件,透过替换Cache 换成同一个零件。

(6)设置用户给定标志。

● 当Reference清成“?”时,同类型复合式零件可保留Section。

● 可以保留用户自订的参照。

注意

保留部件参照可通过以下几个步骤。

Edit Property

直接修改Part Reference Value。

从PCB Board 修改完后Back Annotate 回线路图,Preserve Designator(保留原本的Section), Preserve User Assigned Valid References(修改过的Reference会加上“_”底线)。

(7)在阶层式电路中摆放零件时,可依照整仹Project自动编号,避免零件编号重复。

(8)可直接View旧版本的线路图,当执行存档动作时,才会跳出警示讯息是否要Update Design。

(9)利用菜单或是在分页上,选择一次关闭所有开启的Page或是关闭所有Page但保留当前view的这一页。

(10)透过TCL/TK编写DRC检查。

(11)对于Project的Save as除了OPJ档外,也能把DSN或是Output File一幵存入指定的资料夹中。

(12)在 BUS 线上,直接放上 Net Group名称。

(13)可针对Unname Net Group里的成员调整顺序。

(14)直接从 Net Group 中选择要接的Net Group及不想接的。

(15)现在不论Port或是Offpage都可清楚辨识属于哪一个Net Group。

(16)利用Find功能寻找Net Group Pin。

2.Cadence推出最新版本中电路板设计部分Allegro16.6,新增功能如下。

(1)当PCB Layout工程师在网络表传输完成后,这些Constraint设定也会随著网络表栺的导入而自动带到 Allegro、Or CAD PCB Layout的Constraint Manager环境中。

(2)当电路图被再次利用时,读者无须再去重复先前的作业,所有的拓朴结构、T点、Xnet及Constraint资料都已保存在电路图上。

3.Cadence推出最新版本中仿真分析部分PSpice16.6,新增功能如下。

(1)使用操作改进与提升:

软件本身提供Leaning PSpice学习教程、快速调用PSpice元器件、PSpice模型加密支持256-bit AES加密算法和新增PSpice仿真元件库。

● 支持IBIS模型到PSpice模型导入。

● 新增What-if设计流程。

● Model Editor支持隐藏引脚原理图符号导入。

(2)核心功能改进与提升:仿真精度提高,支持64位数据精度、仿真收敛性大大增强,提供了众多可供用户选择的设置、仿真速度提升,支持多核运算、I/O优化,增强PSpice处理大数据量波形文件能力。

(3)Tcl的支持与集成。

4.Cadence 推出最新版本中编程部分FSP16.6,新增功能如下。

(1)直接调用已有的PCB设计文件,利用FSP来重新设计或重复使用PCB文件中FPGA部分。

(2)新增滤波,匹配电路需要的电阻,电容等。

(3)可以整体添加设计中所有电源管脚的退耦电容。

(4)在PCB电路板设计Allegro下面也可以自动换管脚。

(5)调入 FSP 数据后新增各种自动换管脚形式,使FPGA设计变得更加高效简单。

(6)新增文档对比功能,用户可以根据文档比较来确认管脚交换前后的改动。