De la OrCAD şi PSpice la Cadence X

Între aplicațiile software destinate proiectării de produse electronice, numele OrCAD este o referință incontestabilă, decurgând din câteva linii/specializări bine profilate în ultimele patru decenii: proiectarea circuitelor electronice (OrCAD Capture), proiectarea plăcilor de circuite imprimate (PCB), simularea funcționării circuitelor electronice (PSpice), proiectarea circuitelor înalt-integrate (VLSI). Vizând un domeniu foarte dinamic (vedeți evoluția electronicii digitale, de la calculatoare la dispozitive mobile, de la telecomunicații la aeronautică), platformele EDA (Electronic Design Automation) au trebuit să se adapteze la cerințe tot mai pretențioase.

Origini şi evoluție 

Chiar dacă au existat și anterior încercări de rezolvare cu ajutorul calculatoarelor a unor probleme de electronică practică, adevărata dezvoltare a domeniului EDA începe prin anii 1984-1985, odată cu maturizarea calculatoarelor personale de sorginte IBM-PC. Desigur că reperul temporal cel mai pregnant este apariția software-ului OrCAD SDT (Schematic Design Tools) la sfârșitul anului 1985, urmat în 1986 de aplicația de simulare-verificare OrCAD VST (Verification and Simulation Tools) și de aplicația de proiectare a plăcilor imprimate OrCAD PCB (Printed Circuit Board). În 1991, după portarea aplicațiilor pe platforma Windows, li se adaugă modulele destinate circuitelor logice pro­gramabile (FPGA și CPLD). În 1995 familia OrCAD își procură niște algoritmi avansați pentru rutarea traseelor PCB, iar în 1998 încorporează tehnologia PSpice de la MicroSim. (Însă aici, pentru respec­tarea istoriei, trebuie spus că software-ul PSpice – Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis – a fost lansat în 1984, ca variantă PC a soluției academice SPICE, apărute cu un deceniu mai devreme.) 

Și încheiem secțiunea de istorie EDA menționând faptul că în iulie 1999 compania OrCAD a fost achizi-ționată de Cadence Design Systems (care deținea pe atunci Allegro, un software pentru proiectarea duală de circuite imprimate cu circuite integrate), iar apoi diversele soluții/module software s-au dezvol­tat sub această umbrelă până astăzi. 

OrCAD X Capture 

Deși platforma ,,Cadence OrCAD X’’ permite (și promovează) integrarea soluțiilor software compo­nente, în cele ce urmează le vom prezenta separat, pentru a puncta specificul fiecăreia. 

Aplicația OrCAD Capture este destinată proiectării de scheme electronice, și anume definind circuitele prin selectarea pieselor electronice din biblioteca încorporată și respectiv prin inserarea și prin conectarea lor în conformitate cu intențiile de proiectare. Pentru fiecare piesă/componentă electronică aplicația gestionează, pe lângă simbolul schematic, atât formatul fizic/real (dimensiune, localizare terminale/conectori) cât și modelul de comportament (datele pentru simularea funcționării piesei), pregătind astfel baza pentru aplicațiile din aval: proiectarea plăcilor de circuit imprimat (OrCAD Layout, Allegro); simularea funcționării circuitului electronic analogic/digital/mixt (PSpice Designer, OrCAD EE).

De menționat că baza de date care constituie biblioteca de piese elec­tronice din Cadence OrCAD X Capture conține milioane de simboluri elec­tronice și de sorto-tipo-dimensiuni de piese electronice (capsule). Avem la dispoziție până și modele 3D (CAD/MCAD) ale componentelor electronice. Trebuie deci subliniat faptul că software-ul EDA nu vizează doar proiectarea circuitelor, ci și documentarea lor, inclusiv pentru a gestiona listele de mate­riale (BOM; cu evaluări de costuri; cu verificarea disponibilității; cu pregătirea procurărilor) și pentru a facilita crearea/administrarea/optimizarea de vari­ante/versiuni ale proiectelor. 

Desigur, comunicarea fluentă (bidirecțională) cu modulul/aplicația PSpice aduce potențialul de a se verifica operativ comportamentul circui­telor proiectate și de a corecta prompt eventuale neajunsuri. 

Notăm aici și posibilitatea de integrare (inclusiv bidirecțională) cu aplicația software MATLAB/Simulink, pentru derularea de simulări/verificări particulare ale circuitelor electronice virtuale, inclusiv cu implicarea unor condiționări electro-mecanice.

Cadence PCB Designer 

În portofoliul de produse software Cadence există câteva sute de aplicații, cu diferite specializări (în sfera electronicii dar și în zone adiacente, precum analizele FEA sau CFD, ori precum microundele și radiofrecvența). Însă referindu-ne la proiectarea plăcilor de circuite imprimate, vom reține în principal soluțiile OrCAD X PCB (anterior OrCAD Layout), Allegro și Virtuoso.

Așa cum probabil deja știm (sau ne imaginăm), conceperea unui sistem electronic începe cu o schemă generală de funcționare, apoi proiectanții vor desena schemele (tot mai) detaliate ale cir­cuitelor electronice, iar când acestea par apte să îndeplinească sarcina prevăzută se trece la simula-rea/verificarea funcționării lor virtuale și apoi la pro-iectarea plăcilor de circuit imprimat care vor mate­rializa conceptul. La această ultimă fază ne referim aici, deși ea nu trebuie să fie neapărat ultima în flux, întrucât simulări ale funcționalității sunt posibile și ulterior (pentru verificare după modificări de proiect sau pentru optimizări pe diverse criterii), iar legătura dintre module/aplicații facilitează actualizări ale proiectului PCB (automate sau asistate inteligent).

Reiterăm rolul prim/tradițional al aplicației PCB: pe baza schemei electronice proiectate, și folosind datele asociate deja pieselor electronice din schemă (gabarit, terminale/conectori), aplicația ajută proiec­tantul să plaseze piesele componente pe suprafața virtuală a viitorului circuit imprimat și să traseze (vali­deze/ajusteze) conexiunile dintre piese. Amplasarea pieselor și a traseelor se condiționează de obicei prin criterii de folosire compactă a spațiului (mini­mizarea suprafeței plăcii), de minimizare a lungimii traseelor, de reducere/eliminare a interferențelor electromagnetice, de controlare a efectelor termice, de ventilație, ș.a. (Da, prin asistența lor avansată în a rezolva probleme concrete, aplicațiile EDA au cam fost dintotdeauna ,,sisteme expert", având astfel potențial nativ pentru ceea ce se numește astăzi ,,inteligență artificială".) 

Printre abilitățile avansate ale aplicațiilor Cadence vom întâlni și facilitatea de a gestiona uni­tar proiecte multi-placă (pentru sisteme necesitând mai multe PCB-uri), și aceasta se realizează inclusiv prin menținerea conectivității (a conexiunilor elec­trice, cablate, dintre plăci). La concepția arhitecturală a acestor sisteme se poate urmări optimizarea/ minimizarea numărului de plăci pentru a obține o funcționare echilibrată, condiționată de diverse criterii practice: reducerea costurilor; reducerea consumului electric; ridicarea performanței (putere, viteză); factorul de formă (configurația spațiului disponibil pentru plăci); configurația conexiunilor (condiționări I/O); ș.a. 

Cadence PSpice 

În ciclul de proiectare/dezvoltare a produselor electronice, componenta SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) are un loc esențial întrucât ea ne permite să modelăm și să analizăm comportamentul circuitelor electronice înainte de a le fabrica. Folosind parametrii de funcționare a pieselor electronice angajate în schemele pro-iectate (rezistențe, condensatoare, diode, tranzis­toare, etc) SPICE simulează funcționarea circuitului calculând (și punând la dispoziția proiectantului) diverși parametri de lucru (curenți, tensiuni, puteri) în diverse puncte ale circuitului și în diverse condiții de funcționare, astfel încât vom putea decide dacă validăm conceptul proiectat sau dacă sunt necesare modificări/ajustări. 

Și pentru simularea funcționării circuitelor elec­tronice, portofoliul Cadence include mai multe soluții (precum Pspice sau subfamilia Sigrity X). De fapt, aici aflăm că modelarea/simularea circuitelor elec­tronice nu vizează doar să confirme funcționarea vizată prin intenția de proiectare, ci include și alte obiective (esențiale sau de rafinament): integri­tatea semnalelor; stabilitatea circuitelor la variații ale condițiilor de intrare (electronice) sau de mediu (termice, electromagnetice) – stabilitatea termică fiind esențială pentru PCB-uri și pentru circuitele integrate; controlarea și documentarea toleranțelor de operare; optimizarea consumului electric; ș.a. Aspectele urmărite prin astfel de modelări/simulări sunt monitorizate prin parametri simpli/compoziți și sunt afișate prin reprezentări facil de înțeles (numeric, grafic, cromatic), astfel că specialiștii vor putea să le înțeleagă și să propună eventualele modificări de proiect.

Familia aplicațiilor Cadence este una impresionantă, atât prin specializările deosebite cât mai ales numeric; așa că aici ne-am propus doar o minimă reiterare, pentru a aminti de ea celor interesați.