Cadence SPB开发平台在EDA实践教学中的应用
罗韩君 卢华兰
【摘 要】 作者根据多年的教学实践，从Cadence SPB实践教学平台的功能出发，针对电子类应用型人才的培养目标，通过实例介绍其Pspice仿真方法与印刷电路板的设计方法及关键操作步骤。 在EDA实践教学中使用理论与实践相结合的“教学做一体化”模式，激发了学生的学习热情和兴趣，提高了学生理论分析和通过实践解决问题的能力。 【期刊名称】考试周刊 【年(卷),期】2015(000)082 【总页数】2
【关键词】 实践教学 Pspice仿真 印刷电路板设计
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是现代电子设计领域的核心，它以计算机为工作平台，综合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新研究成果，提供了一种融合计算机技术与信息技术的电子系统设计方法，其发展和应用极大地推动了电子工业的发展。现在，功能强大的EDA技术已成为电子设计开发人员不可缺少的一项主要技术［1－3］。 当前，为了适应电子设计的发展及改进现有人才培养模式，培养出更优秀的应用型人才，各大高校电类专业都开设了EDA的相关课程，通过该课程的学习，可使学生系统掌握现代电子设计方法，提高学生的工程应用实践能力。
利用EDA技术领域的CAD通用软件包， 可以辅助进行IC设计、电子电路设计和PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计等三方面的设计工作，主要包括电子系统的设计、分析和仿真及印刷线路板的设计三方面内容。目前，
大部分高校主要针对基于大规模可编程逻辑器件的数字系统的设计开设了相关课程，对可编程逻辑器件、硬件描述语言及相关软件开发工具的使用进行了教学。 一些应用型背景较强的学校则开设了电子线路CAD的相关课程 （如 “印刷电路板原理图与PCB设计”），但大部分院校使用的教学平台主要是基于澳大利亚Altium公司的设计平台Altium Designer［4－6］。
Cadence SPB开发平台是美国Cadence公司新一代的系统互连设计平台，整合原理图设计、PCB工具和信号仿真分析等工具，是目前高端PCB设计领域最流行的EDA工具之一［7，8］。 相比Altium Designer设计平台，Cadence SPB更适合超多层及高速复杂印刷线路板的设计与制作， 具有强大的布线和信号完整性分析功能， 适高速布线和大量需要进行信号完整性分析的场合，主要针对复杂、高速和高端应用。 同时，Cadence SPB的另一优势是具备强大的Pspice仿真功能。 在电子设计过程中，仿真可以在生产期之前发现设计缺陷，从而节省研发经费，同时在计算机上对电路仿真可以节省时间，并可在最坏的情况下对电路进行评估，提高开发产品稳定性和安全性。 因此，为了使应用型本科大学生更好地学习和掌握EDA技术， 作者在常熟理工学院自动化专业实施了以Cadence SPB为实践教学平台的EDA实践教学，并利用理论与实践相结合的“教学做一体化”教学模式，以任务驱动教学法和项目教学法交替进行授课，取得较好的教学效果。
1.电路仿真实践
Cadence SPB开发平台的Pspice具有丰富的仿真元器件库，Cadence Pspice自带的元件库大约有50，000种， 这些器件都具有Pspice模型，可直接调用［9，10］。 同时，可以根据自己所采用芯片的数据建立自己的器件仿真模型，
并利用直观的原理图进行仿真，对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析和傅里叶分析等分析， 还可使用蒙特卡罗及最坏情况分析方法进行容差分析，利用Cadence Pspice对电路的这些分析使设计更接近实际情况，大大增加模拟的可信度。
下面以一个反相放大电路的教学实例说明Cadence Pspice的仿真功能。 Cadence SPB开发平台的Pspice仿真分析过程如图1所示。在Cadence SPB实践教学过程中，可以利用直观的原理图进行仿真分析，通过理论讲解与实践操作，使学生通过电路的信号相应理解与掌握所学知识。 Cadence Pspice仿真流程如下：首先绘制电路原理图，然后选择分析方法并设置仿真参数，运行仿真后得到仿真结果，如果仿真结果符合要求，则仿真结束，否则修改电路结构或元件参数再进行仿真， 直到仿真结果符合要求为止。
打开OrCAD Capture软件包绘制如图2所示反相放大电路图，图中电源及接地属于Source模型库，电阻属于Analog模型库，运算放大器uA741属于Opam模型库，相关设置参数如图所示。
V2是一个正弦波激励源， 其直流偏置电压VOFF设置为0V，交流幅值的峰值设置为5V，频率FREQ设置为100Hz，交流分析参数AC的幅值设置为1V。 在瞬态分析时， 运行时间为100ms， 步长为0.1ms， 进行傅里叶分析时， 基波频率设置为100Hz，并计算到9次谐波。反相放大电路时域响应仿真结果如图3所示，作为对照，将输入信号也进行了显示。可见运放电路对输入信号实现了反相和放大的作用， 结果非常直观地显示了电路的功能， 将仿真结果获得的放大倍数与电路理论计算出的放大倍数进行比较，使学生加深对电路原理的理解，同时提高了学生分析复杂电路的能力。
Cadence SPB开发平台在EDA实践教学中的应用
