Programy pro návrh DPS

Když budeme chtít rekapitulovat používání CAD systémů pro návrh DPS u nás za posledních 15 let, snadno zjistíme, že se za tu dobu okruh používaných programů pro návrh desek rozšířil vlastně pouze o jeden – Altium Designer. Programy, jako jsou OrCAD, PADS, Eagle či CADSTAR, se u nás prosadily hned počátkem 90. let, aby se postupně s příchodem zahraničních společností doplnily o korporátní řešení v návrhu DPS založeném na návrhových systémech Expedition, Allegro a CR5000. Tento výčet programů ale rozhodně není úplný z pohledu programů existujících a používaných ve světě. Cílem tohoto článku je představit i jiné programy, které u nás nejsou příliš známé. Lze je rozdělit do několika skupin.

High-End software

V této skupině jsou programy s nejvyšším výkonem určené pro návrh komplexních desek. Tato kvalita se odráží v ceně systému, náročnosti na zaškolení uživatele i v jeho složitosti (už při instalaci). Používají je většinou velké, nadnárodní společnosti, ale v posledních letech např. i firmy, které navrhují desky na zakázku. Jejich cena začíná na zhruba 500 tis. Kč a jde často i přes 1 milion.

Allegro (Cadence Design Systems, USA) www.cadence.com/products/pcb

Firma Cadence je podobně jako Mentor Graphics velká společnost, aktivní zejména v oblasti EDA softwaru pro návrh integrovaných obvodů, ale nezůstává pozadu ani v softwaru pro návrh DPS. Je dobré si připomenout, že před více než 30 lety byl jedním ze zakladatelů a pozdějším ředitelem firmy Cadence Dr. Jiří Soukup. Allegro je spolu s Expedition PCB u nás nejpoužívanějším výkonným návrhovým systémem v této kategorii.

Obr. 1 Návrhový systém Allegro (zdroj www.cadence.com)

CR5000/CR8000 (Zuken, Japonsko) www.zuken.com/en/products

Zuken, výrobce EDA softwaru, u nás není příliš známý, možná kvůli neexistujícímu lokálnímu distributorovi, i když celosvětově je jedním z jeho největších dodavatelů. Návrhovými systémy se začal zabývat v polovině 90. let, kdy koupil průkopníka ve vývoji EDA softwaru – anglickou firmu Redac-Recal s jejími programy CADSTAR a Visula. Systém CR8000 má zřejmě jako jediný možnost navrhovat více vzájemně navazujících desek najednou.

Expedition PCB (Mentor Graphics, USA) www.mentor.com/pcb

Společnost Mentor Graphics je se svými téměř 4 500 zaměstnanci kolosem mezi výrobci EDA softwaru, kterým pokrývá snad všechny možné aplikace v elektronice. Její systém Expedition PCB zanedlouho patrně zcela nahradí dosluhující program BoardStation. Expedition PCB představuje typické profesionální high- -end řešení v návrhu desky s funkcemi jako concurrent engineering (paralelní práce několika návrhářů na jedné desce), integrovaný návrh s ohledem na potřeby výroby, virtuální prototypování atd.

Pantheon (Intercept Technology, USA) www.intercept.com

Firma Intercept Technology se svým programem Pantheon není u nás téměř známá, i když firma sama existuje již od roku 1983. Systém Pantheon, který je určený pro návrh DPS, hybridních obvodů, MCM a VF obvodů, pochází z poloviny 90. let. Díky svým pokročilým možnostem v návrhu získal v roce 2012 cenu NPI Award jako nejlepší software pro návrh desek.

Main-Stream software

S pojmem Main-Stream software přišla svého času firma PADS, když hledala vhodný výraz pro zařazení svého stejnojmenného programu na trh. Jedná se o hlavní skupinu návrhových systémů, které sice postrádají některé speciální funkce nejvyšší skupiny High-End, ale jejich výkon je velmi dobrý, plně vyhovující pro řešení návrhu většiny desek. Vedle velkých společností, které je používají jako druhotné návrhové systémy, nacházejí své uplatnění zejména v malých a středních firmách. Jsou uživatelsky přívětivé, a tak nevyžadují žádná náročná školení. Jejich cena se pohybuje řádově od několika desítek do několika stovek tisíc korun.

Altium Designer (Altium, Austrálie) www.altium.com

Altium Designer je příkladem úspěšného řešení návrhového programu, které se rychle etablovalo na našem trhu díky svému modernímu konceptu. Společnost Altium navazuje na původního výrobce – firmu Protel, která se stejnojmenným programem zahájila své tažení světem EDA softwaru již koncem osmdesátých let.

CADSTAR (Zuken, Japonsko) www.zuken.com/en/products

CADSTAR je jedním z nejstarších programů pro návrh desek vůbec. Jeho počátky sahají do poloviny 80. let a spolu s programy PCAD a PADS výrazně přispěl k zavedení návrhu desek na PC. Původně byl vyvinut anglickou firmou Redac-Recal, kterou později společnost Zuken převzala. Své největší popularity u nás CADSTAR dosáhl počátkem 90. let (DOS verze), v současné době již jeho obliba není taková. S ohledem na jeho tradici se však jistě jedná o kvalitní návrhový program.

CADint PCB (CADint, Švédsko) www.cadint.se

Švédská firma CADint byla založena v roce 1991 týmem, který se původně podílel na vývoji programu EE-Designer, jenž byl koncem 80. let ve světě velmi úspěšný. Program CADint PCB zahrnuje kreslení schématu, návrh desky a 3D prohlížeč. Jeho cena se dle konfigurace pohybuje mezi 15–120 tisíci Kč, k dispozici je také freeware verze omezená na 150 vývodů na desce.

OrCAD (Cadance Design Systems, USA) www.cadence.com/products/pcb

Systém OrCAD je bezesporu jedním z nejznámějších pojmů v oboru EDA softwaru, a to díky svému původnímu programu pro kreslení schémat z 80. let, který se rychle rozšířil po celém světě. Rozšíření o možnost návrhu desek přišlo o něco později. OrCAD byl před téměř dvaceti lety koupen společností Cadence, která v té době neměla vlastní návrhový program střední třídy. Dalo by se říci, že dnešní OrCAD představuje „odlehčenou“ verzi systému Allegro.

PADS (Mentor Graphics, USA) www.pads.com

Návrhový systém PADS vznikl téměř ve stejné době jako programy PCAD a CADSTAR, tedy již v polovině 80. let minulého století. Jeho současným vlastníkem je firma Mentor Graphics, která ke svým programům nejvyšší třídy (podobně jako Cadence v případě programu OrCAD) potřebovala návrhový nástroj pro PC. Díky tomuto spojení má nyní systém PADS návaznost na další vysoce výkonné EDA programy od Mentor Graphics.

Pulsonix (Pulsonix, UK) www.pulsonix.com

Pulsonix je příkladem nepříliš známého softwaru, který má přitom zřejmě velmi dobré vlastnosti (soudě alespoň podle vzrůstající obliby, kterou tento program má v sousedním Německu). Konvertuje schémata, desky i knihovny z mnoha jiných programů, má A/D simulaci s 9 typy analýz a oboustrannou interface pro napojení na různé nástroje pro návrh FPGA. Program podporuje i návrh desek s embedded součástkami a Chip-on- -Board. Zajímavá je také možnost návaznosti na PLM produkty.

NI Ultiboard (National Instruments, USA) www.ni.com/ultiboard/

NI Ultiboard, původem od holandské firmy Ultimate, byl ve světě velmi známým návrhovým programem již koncem 80. let. Později byl koupen firmou Electronics Workbench a následně pak převzat společností National Instruments, aby navazoval na kreslení schématu s výbornou A/D simulací Multisim. Cena programové sestavy zahrnující kreslení schémat, A/D simulaci, návrh desky, autorouter a 3D zobrazení se podle zvolené konfigurace pohybuje mezi 65–135 tisíci korun.

Obr. 2 Software NI Ultiboard (zdroj www.vesselectronics.com)

Low Cost software

Označení této skupiny programů může evokovat představu něčeho levného, a tudíž nepříliš dobrého, ale není tomu tak. V této skupině lze nalézt hned několik docela dobrých programů. Jejich úroveň se sice nedá porovnávat s programy uvedenými výše, ale i tak mohou mnoha návrhářům desek velmi dobře posloužit. Jejich cena se pohybuje v řádu tisíců až desetitisíců korun.

AutoTRAX Design Express (DEX 2020, UK) www.kov.com

AutoTRAX Design Express obsahuje kreslení schématu, návrh desky, autorouter a 3D prohlížeč. Program používá otevřený formát v podobě xml. Vzhledem k tomu, že se jeho výrobce – firma DEX 2020 – zabývá programy pro elektroniku již od roku 1984, bylo by jistě zajímavé si tento program vyzkoušet.

Obr. 3 Program AutoTRAX Design Express (zdroj www.kov.com)

DipTrace (Novarm, Ukrajina) www.novarm.com

Podle informací z webových stránek firmy Novarm pochází tento program z Ukrajiny, znám je ale po celém světě. Zahrnuje kreslení schémat, návrh desky s autorouterem a 3D zobrazení navržené desky vč. více než 2 500 3D modelů součástek. Jeho základní knihovna součástek údajně obsahuje více než 100 tisíc komponentů. Cena programu se pohybuje mezi 1 800 až 19 000 Kč.

EAGLE (CadSoft Computer, Německo) www.cadsoft.de

Tento program je velmi oblíben nejen u nás, ale zejména v Německu, USA a v Asii, a to přesto, že se od své původní podoby z roku 1988 příliš nezměnil. Moduly programu tvoří kreslení schématu, návrh desky a autorouter. Důvody velkého úspěchu programu EAGLE spočívají zejména v jednoduchosti ovládání, velmi dobré stabilitě programu, programovacím jazyku ULP, velkém množství dostupných ULP aplikací a dlouhodobě příznivé cenové politice výrobce. V závislosti na zvolené verzi programu se jeho cena pohybuje cca od 6 do 34 tisíc Kč.

Easy-PC (Number One Systems, UK) www.numberone.com

Tento, zejména ve Velké Británii populární, systém zahrnuje kreslení schématu, návrh desky včetně autorouteru a prohlížeč Gerber dat. Má export Spice netlistu, DXF, IDF a GenCAD. Inteligentní prohlížeč Gerber souborů umožňuje zpětně vytvořit z Gerber dat desku, ze které je potom možné vytvořit i schéma. Cena programu je mezi 7 500 a 36 000 Kč.

Formica (Ing. Petr Horský, ČR) www.formica.cz

Formica je v současné době už jediným původním českým návrhovým systémem, který je stále v prodeji. Zahrnuje kreslení schématu a návrh desky. Mnohé jeho zajímavé funkce byly popsány i na stránkách tohoto časopisu, protože jsou unikátní i v porovnání s jinými, dražšími programy. Jeho cena se pohybuje v rozmezí 4–30 tisíc Kč, k dispozici je také free verze.

McCAD (VAMP, USA) www.mccad.com

McCAD zahrnuje kreslení schémat, simulaci (3Spice), návrh desky včetně autorouteru a Gerber prohlížeč. Je určen pro Windows a Macintosh. Cena: 20–70 tisíc Kč.

Osmond PCB (J. C. Chavez, UK) www.osmondpcb.com

Tento program pracuje na počítačích MAC. Jedná se pouze o návrh desky, netlist načítá z externích programů pro kreslení schématu. Jeho zajímavostí je možnost použít PDF soubor jako pozadí při návrhu desky. Zdarma verze je omezena na max. 700 vývodů, komerční verze nyní stojí cca 1 600 Kč.

Proteus (Labcenter Electronics, UK) www.labcenter.com

Pod názvem Proteus se skrývají vzájemně propojené programy pro kreslení schémat, smíšenou SPICE simulaci, návrh desky a 3D prohlížeč. Kreslení spojů ve schématu mezi vývody je automatické, podporuje hierarchická schémata. SPICE simulátor má kolem 6 000 modelů a 12 virtuálních přístrojů, návrh desky zahrnuje shape-based autorouter (zřejmě se jedná o autorouter Electra), pro 3D zobrazení desky lze využít 3D modelů součástek dodaných s programem nebo vytvořených uživatelem, mezi CAM výstupy nechybí ani ODB++ atd. Cena: 6–48 tisíc Kč.

TARGET 3001 (Ing.-Buero FRIEDRICH, Německo) www.ibfriedrich.com

Program obsahuje kreslení schémat, smíšenou simulaci, návrh desky s autorouterem, 3D zobrazení a návrh ovládacího panelu. Smíšený simulátor je kompatibilní s PSPICE a SPICE 3f5. Zajímavou možností programu je vytvoření grafiky pro výrobu čelního panelu frézováním. Má volně šiřitelnou verzi (max. 250 vývodů a 2 vrstvy), komerční verze stojí asi od 1 800 do 87 tisíc Kč, včetně autorouteru Electra.

VUTRAX (Computamation Systems, UK) www.vutrax.co.uk/

Program VUTRAX u nás není příliš známý, a přitom se jedná o jeden z nejstarších návrhových systémů vůbec, protože vznikl již v roce 1981. Zahrnuje kreslení schématu, návrh desky a 3D zobrazení v podobě jednoduchého drátového modelu. Je dostupný ve verzi pro Windows a Linux. Má volnou verzi s omezenou velikostí návrhu desky, komerční verze pak stojí cca 5–26 000 Kč.

Návrhové programy zdarma

Zdá se téměř neuvěřitelné, že by software pro návrh desek plošných spojů, který je poskytován zdarma, mohl být skutečně použitelný. Přesto tomu tak z nejrůznějších důvodů skutečně je. V přehledu níže jsou uvedeny plnohodnotné programy poskytované zdarma a také programy dostupné pod licencí GNU GPL (General Public License), které jsou však zmíněny jen stručně, protože jejich použití pro komerční účely může být problematické. V této skupině programů lze nalézt hned několik velmi zajímavých, které svědčí o tom, že nulová cena nemusí vždy znamenat nulovou hodnotu.

DesignSpark (RS Components, UK) www.designspark.com

Tento velmi dobrý program, vhodný i pro komerční použití, je poskytován zdarma distributorem součástek – firmou RS Components, která do něj zabudovala velkou knihovnu součástek. Program zahrnuje dobře provedené kreslení schémat a návrh desky s 3D zobrazením. Navazuje na 3D modelování v programu DesignSpark Mechanical. Tento program získal ocenění NPI Award 2011.

PCB123 (Sunstone Circuits, USA) www.sunstone.com

Další poměrně zdařilý program (schéma a návrh desky) překvapí svým jednoduchým ovládáním, mnohými zajímavými funkcemi a rozsáhlou knihovnou součástek. Důvodem, proč je poskytován zdarma, je skutečnost, že nemá výstupy pro výrobu – data o navržené desce je totiž potřeba poslat výrobci programu, který je současně i výrobcem desek. Tento program získal ocenění NPI Award 2010 a byl detailněji popsán v jednom z předchozích vydání tohoto časopisu (DPS č. 2/2010).

SoloPCB (Downstream Technologies, USA) www.fabstream.com

SoloPCB, který zahrnuje kreslení schémat a návrh desky, je rovněž k dispozici zdarma, protože nemá vlastní výrobní výstupy. Na rozdíl od PCB123 si však uživatel může výrobce desek zvolit sám z několika pečlivě vybraných partnerských firem po celém světě (viz DPS č. 4/2013). SoloPCB připomíná jednu ze starších verzí programu OrCAD.

ZenitPCB (Stortini Mirko Bruno) www.zenitpcb.com/

Autorem je zkušený návrhář desek, který sám používá Expedition PCB a CADSTAR, rád ale programuje a sdílí svoje výsledky. Zenith PCB má kreslení schémat, návrh desky bez autorouteru a prohlížeč Gerber dat. Je záměrně omezen na max. 800 vývodů, aby nemohl být příliš používán komerčně, protože je jinak zřejmě velmi dobrý (má on-line DRC, vypočítává šířku plošného spoje v závislosti na intenzitě proudu, má i export do IDF pro 3D zobrazení atd.). Nakonec už pohled na obr. 4 dává tušit, že se zřejmě jedná o pečlivě propracovaný program.

Obr. 4 Návrh desek zdarma – Zenith PCB (zdroj www.zenitpcb.com)

Programy pod GNU GPL

Do skupiny těchto programů patří např. KiCAD (www.kicad-pcb.org), který byl stručně popsán v DPS č. 5/2013. Zahrnuje kreslení schémat, návrh desky a prohlížeč Gerber dat. Běží pod Windows, Linux a Apple OS X. Dalším programem je FreePCB (www.freepcb.com), který umožňuje pouze návrh desky. V časopise DPS č. 3/2011 byly popsány programy gEDA (www.gpleda.org/index.html). Pro amatérské použití je pak určen program Layo1 PCB (www.baas.nl/layo1- pcb/uk/downloads.htm).