【学习笔记】Cadence电子设计全流程（一）Cadence 生态及相关概念

1.1 Cadence 生态系统及各模块关系
1.2 Cadence相较于Altium Designer在硬件设计中的优势

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1.1 Cadence 生态系统及各模块关系

Cadence 提供了一套完整的电子设计自动化 (EDA) 工具链，涵盖了从芯片设计到系统设计的各个环节。其生态系统庞大而复杂，以下简要阐述其核心模块及其关系：

Allegro: 用于 PCB 设计，包括原理图设计、PCB 布局布线、信号完整性分析等功能。
Allegro 主要用于印刷电路板（PCB）的设计与编辑，支持从简单的单面板到极其复杂的多层高速电路板设计。它提供了丰富的布线功能，如自动布线和交互式布线，可根据用户设定的规则进行高效布线，同时保证信号完整性和电气性能。能够基于约束条件进行设计，包括电气约束、物理约束等。工程师可以设置线宽、间距、差分对要求等各种约束规则，软件会在设计过程中实时检查并确保设计符合这些规则，减少设计错误，提高设计质量。支持 3D 设计功能，可将 PCB 与其他机械部件进行协同设计和可视化，帮助工程师更好地理解和优化产品的整体结构，提前发现并解决潜在的装配问题和空间冲突。具备信号完整性分析工具，可对高速信号进行仿真和分析，预测信号在传输过程中的反射、串扰、时延等问题，并提供相应的优化建议，确保高速电路的稳定运行。
OrCAD: PCB 设计解决方案，包括 OrCAD Capture CIS（原理图/库设计）、PSpice（仿真）、Allegro PCB Editor（PCB 设计）等工具。OrCAD 的核心功能之一是原理图绘制，它提供了直观、易用的界面，方便工程师快速创建电路原理图。拥有丰富的元件库，涵盖了各种通用和专用的电子元件，还支持用户自定义元件，满足不同项目的特殊需求。集成了强大的电路仿真功能，可进行多种类型的仿真分析，如直流分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析等。通过仿真，工程师可以在设计阶段验证电路的功能和性能，提前发现并解决潜在问题，节省时间和成本。能与 Cadence 的其他工具以及第三方软件良好集成，例如可以将原理图无缝导入到 Allegro 进行 PCB 设计，实现从原理图设计到 PCB 布局布线的流畅工作流程。提供了项目管理功能，方便对设计文件、元件库等进行管理和维护，支持版本控制，有助于团队协作和设计流程的规范化。能进行电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）分析，预测电路在工作时产生的电磁辐射以及对外部电磁干扰的敏感度，通过优化设计减少电磁干扰，提高产品的电磁兼容性，确保产品符合相关标准和法规。
Sigrity: 用于信号完整性和电源完整性分析，确保高速电路设计的可靠性。专注于信号完整性和电源完整性分析，提供了精确的仿真算法和模型，能够对高速电路中的信号传输进行详细的分析和预测。可模拟各种复杂的电磁现象，如传输线效应、电磁耦合等，帮助工程师准确评估信号质量。具备强大的电源完整性分析功能，可对电源分配网络进行建模和仿真，分析电源噪声、电压波动、电流密度分布等情况，优化电源设计，确保系统有稳定的电源供应，满足芯片和电路的供电要求。可以与 Cadence 的 Allegro 等工具紧密集成，直接读取 PCB 设计数据进行分析，也能与其他主流的 EDA 软件进行数据交互，方便在不同的设计环境中进行协同工作。
JasperGold: 用于形式验证，通过数学方法验证设计的正确性。
Virtuoso: 用于模拟和混合信号 IC 设计，包括电路图编辑、仿真、版图设计等功能。
Innovus: 用于数字 IC 设计，包括逻辑综合、布局布线、时序分析等功能。
Spectre: 用于电路仿真，支持模拟、混合信号和射频电路仿真。

1.2 Cadence相较于Altium Designer在硬件设计中的优势

（1）仿真精度与能力
【Cadence】：提供全流程 SI/PI 分析，包括预布局仿真、后布局验证、电源网络优化。支持时域/频域联合仿真，适用于高速数字电路和射频（RF）设计。提供 3D 热仿真，优化散热设计。与 Clarity 3D Solver 集成，支持电磁兼容性（EMC）分析。拥有多种高精度的仿真器，如 Spectre、HSpice等，广泛应用于模拟、数字和混合信号电路仿真。热分析和 EMC 功能有限，需借助外部工具。在处理复杂的模拟电路、射频电路仿真时，能提供极其精确的结果，对于分析电路的非线性特性、噪声性能等方面表现出色。
【Altium Designer】：内置 SI 工具功能简单，复杂分析需依赖第三方工具（如 HyperLynx）。仿真功能相对基础，在处理大规模、复杂电路系统的高精度仿真时，可能无法达到 Cadence 的专业水平。

（2）高级电路设计功能
【Cadence】：支持行为级建模和系统级设计，允许设计师在更高抽象层次上进行电路设计和验证，提高设计效率和质量，便于早期发现系统级问题。例如在通信芯片设计中，可进行算法级到电路级的协同设计。
【Altium Designer】：主要侧重于传统的电路原理图设计和基本的逻辑设计，在行为级和系统级设计方面功能较弱。

（3）复杂项目的分层设计
【Cadence (OrCAD/Allegro)】：支持层次化原理图设计（Hierarchical Design），适合超大规模电路设计（如服务器主板、通信设备），通过模块化设计简化复杂系统。提供多页面设计和跨页信号连接，便于团队协作。对大规模、复杂电路的层次化原理图设计支持良好，能够清晰地组织和管理不同层次的电路模块，方便设计师进行整体架构设计和细节优化。不同层次之间的信号连接和交互管理便捷，有助于提高设计的可读性和可维护性。
【Altium Designer】：分层设计功能相对简单，更适合中小型项目，复杂项目可能因页面管理不便而效率降低。虽然也支持层次化设计，但在处理超大型项目的复杂层次结构时，可能不如 Cadence 高效和直观。

（4）库管理与标准化
【Cadence CIS (Component Information System)】：提供企业级元件库管理，支持与 ERP/PLM 系统集成，确保元件参数的标准化和实时更新。支持 Symbol/Footprint 自动校验，减少人为错误。具有庞大且专业的元件库，涵盖了各种半导体器件、无源元件等，并且支持用户自定义元件库，方便管理和复用。其元件符号的绘制和编辑功能强大，可灵活定制符合特定设计需求的元件符号。
【Altium Designer】：库管理功能较为基础，适合中小团队，但缺乏企业级数据集成能力。

（5）设计复用与模板化
【Cadence】：支持模块化复用（Reusable Blocks），可将常用电路封装为 IP，直接调用。提供设计模板，快速启动新项目。
【Altium Designer】：复用功能较弱，主要通过复制粘贴或手动创建模板。

（6）PCB高速/高密度设计能力
【Cadence Allegro】
约束驱动设计（Constraint-Driven）：支持复杂规则定义（如差分对、时序、电源完整性），适用于高速信号（DDR、PCIe、SerDes）设计。具备完善的约束驱动设计功能，可对布线长度、间距、阻抗等多种参数进行精确约束和管理。在设计过程中，能够实时检查和提示约束冲突，确保 PCB 设计符合电气性能要求，减少设计迭代次数。
自动布线（AutoRouter）：提供基于规则的智能布线算法，支持多层板的高密度布线。拥有强大的自动布线和手动布线功能，在高速信号布线方面具有明显优势，能够自动满足各种高速信号的布线规则，如差分对布线、等长布线等。其交互式布线功能灵活，可实时显示布线的电气特性和约束条件，帮助设计师快速完成高质量的布线。
3D 设计与分析：与 Sigrity 工具集成，可直接进行 3D 电磁场仿真。支持 3D PCB 设计和机械结构的协同设计，能与机械设计软件进行无缝集成，实现 PCB 与外壳、散热器等机械部件的精确配合和空间布局优化。在多板系统设计中，可进行多板之间的 3D 空间协同设计，提高整个系统的集成度和可靠性。
【Altium Designer】
高速设计功能有限，主要依赖手动布线，复杂规则定义不够灵活。自动布线功能在一般情况下能够满足需求，但在处理高速、高密度 PCB 布线时，可能需要更多的手动干预来满足复杂的布线规则。

（7）数据管理与团队协作
【Cadence】：提供了强大的设计数据管理系统，如 Design Data Management（DDM），能够有效地管理设计项目的版本、变更、权限等信息，支持多团队成员之间的高效协作。团队成员可以方便地共享、同步和合并设计数据，减少设计冲突和错误。
【Altium Designer】：数据管理和团队协作功能相对基础，在大型团队和复杂项目的管理上，可能需要借助外部工具来弥补其功能不足。

参考资料来源：
https://wap.zol.com.cn/ask/x_23757924.html
https://www.raypcb.com/altium-vs-cadence/
https://m.sohu.com/a/845770128_122004016/
https://www.nodpcba.com/news/3545-cn.html
https://m.sohu.com/a/845770625_121798711/
https://www.altium.com/compare/cadence
https://www.softwareradius.com/cadence-allegro-vs-altium-designer/

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