В настоящее время существует не так уж и много open-source САПР. Тем не менее, среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. Этот пост будет посвящён моделировщику электронных схем с открытым исходным кодом . Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4. Qucs является кроссплатформенным и выпущен для ОС Linux, Windows и MacOS.

Разработку данной САПР начали в 2004 году немцы Michael Margraf и Stefan Jahn (в настоящее время не активны). Сейчас Qucs разрабатывается интернациональной командой, в которую вхожу и я. Руководителями проекта являются Frans Schreuder и Guilherme Torri. Под катом будет рассказано о ключевых возможностях нашего моделировщика схем, его преимуществах и недостатках по сравнению с аналогами.

Главное окно программы показано на скриншоте. Там смоделирован резонансный усилитель на полевом транзисторе и получены осциллограммы напряжения на входе и выходе и также АЧХ.

Как видно, интерфейс интуитивно понятен. Центральную часть окна занимает собственно моделируемая схема. Компоненты размещаются на схеме методом перетаскивания из левой части окна. Виды моделирования и уравнения также являются особыми компонентами. Более подробно принципы редактирования схем описаны в документации к программе.

Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация. Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Проприетарное ПО как правило использует бинарные форматы.

Перечислим основные компоненты, имеющиеся в Qucs:

1. Пассивные RCL-компоненты
2. Диоды
3. Биполярные транзисторы
4. Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы)
5. Идеальные ОУ
6. Коаксиальные и микрополосковые линии
7. Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и микросхемы
8. Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog

Библиотека компонентов использует собственный формат, основанный на XML. Но можно импортировать существующие библиотеки компонентов, основанные на Spice (приводятся в даташитах на электронные компоненты).

Поддерживаются следующие виды моделирования:

1. Моделирование рабочей точки на постоянном токе
2. Моделирование в частотной области на переменном токе
3. Моделирование переходного процесса во временной области
4. Моделирование S-параметров
5. Параметрический анализ

Результаты моделирования можно экспортировать в Octave/Matlab и выполнить там постобработку данных.

Qucs основан на вновь разработанном движке схемотехнического моделирования. Отличительной особенностью этого движка является встроенная возможность моделирования S-параметров и КСВ, что важно для анализа ВЧ-схем. Qucs может пересчитывать S-параметры в Y- и Z-параметры.

На скриншотах показан пример моделирования S-параметров широкополосного усилителя высокой частоты.

Итак, отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в проприетарных системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.

Недостатком Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах. Также моделировщик работает медленнее, чем аналогичные Spice-совместимые моделировщики (например MicroCAP (проприетарный) или Ngspice (open-source)).

В настоящее время мы работаем над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный моделировщик, похожий на PSpice) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI)

Теперь рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0.0.18 перспективных направлений в разработке Qucs:

1. Улучшена совместимость с Verilog
2. Продолжается портирование интерфейса на Qt4
3. Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
4. Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
5. Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
6. Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
7. Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (ожидается в версии 0.0.19)
8. Ведётся разработка сопряжения с прочими open-source движками для моделирования электронных схем (

На сегодняшний день черчение электросхем вручную на листике уже не использует ни один опытный электрик. Гораздо проще, удобнее и понятнее составить проект электропроводки помещения на компьютере через специальный программный пакет на русском языке. Однако проблема в том, что далеко не все программы простые в использовании, поэтому наткнувшись на неудобную и к тому же платную версию программного обеспечения, большинство мастеров старой закалки просто отбрасывают современный способ моделирования в сторону. Далее мы предоставим читателям сайта обзор самых простых программ для черчения электрических схем квартир и домов на компьютере.

Бесплатные ПО

Существует не так много русскоязычных, удобных в использовании и к тому же бесплатных ПО для составления однолинейных электросхем на компьютере. Итак, мы создали небольшой рейтинг, чтобы Вам стало известно, какие программы лучше для рисования схем электроснабжения домов и квартир:

1. . Как ни странно, но наиболее популярной и что не менее важно – бесплатной программой для черчения однолинейных электрических схем на компьютере является векторный графический редактор Visio. С его помощью даже начинающий электрик сможет быстро нарисовать принципиальную электросхему дома либо квартиры. Что касается функциональных возможностей, они не настолько расширенные, нежели у ПО, которые мы предоставим ниже. Подведя итог можно сказать, что Microsoft Visio это легкая в использовании и при этом на русском языке бесплатная программа для моделирования электрических цепей, которая подойдет домашним электрикам.
2. . Более профессиональный программный пакет для проектирования схем электроснабжения помещений. В Компасе существует собственная база данных, в которой хранятся наименования и номиналы всех наиболее популярных типов автоматики, релейной защиты, низковольтных установок и других элементов цепи. Помимо этого в базе данных заложены графические обозначения всех этих элементов, что позволит сделать понятную схему электроснабжения либо даже отдельного распределительного щита. ПО полностью на русском языке и к тому же можно скачать его бесплатно.
   
3. Eagle (Easily Applicable Graphical Layout Editor). Этот программный пакет позволит не только рисовать однолинейные схемы электроснабжения, но и самостоятельно разработать чертеж печатной платы. Что касается последнего, то черчение можно осуществлять как вручную, так и без собственного участия (в автоматическом режиме). На сегодняшний день существует как платная, так и бесплатная версия программы Eagle. Для домашнего использования достаточно будет скачать версию с обозначением «Freeware» (присутствуют некоторые ограничения по отношению к максимальному размеру полезной площади печатной платы). Недостаток данного программного пакета в том, что он официально не русифицирован, хотя если немного постараться, в интернете можно найти русификатор, что позволит без препятствий чертить электрические схемы квартир и домов.
   
4. Dip Trace . Еще одна популярная программа для черчения электросхем и создания трасс для печатных плат. Программа простая и удобная в использовании, к тому же полностью на русском языке. Интерфейс позволяет спроектировать печатную плату в объемном виде, используя базу данных с уже готовыми элементами электрической цепи. Оценить полный функционал ПО Вы сможете только за деньги, но существует и урезанная бесплатная версия, которой будет вполне достаточно начинающему электрику.
   
5. ». Полностью бесплатная программа для черчения электрических схем на компьютере. С официального сайта Вы можете скачать ее на русском языке и полной версией. Помимо моделирования проектов электроснабжения квартир, домов и других видов помещений, в данном программном пакете можно запросто составить схему , в которой сразу же будут предоставлены наиболее подходящие номиналы автоматов, релейной защиты и т.д. Приятным дополнением в данном ПО является база данных с наклейками, которые можно распечатать и расклеить в собственном распределительном щитке для графического обозначения всех элементов цепи по госту.
   
6. . Одной из бесплатных версий популярного редактора Автокад является AutoCAD Electrician. Вкратце об этом ПО можно сказать следующее: функционал подойдет как для начинающих, так и для профессиональных электриков, работающих в области энергетики. В интерфейсе все просто, разобраться можно быстро. Все функции на русском языке, поэтому можно без проблем использовать Автокад для черчения электрических схем разводки электропроводки по дому либо квартире.
   
7. Эльф . Интересное название простенькой программы для моделирования схем электроснабжения в строительном черчении. Сам программный пакет не менее интересный и многофункциональный. С помощью программки «Эльф проектирование» можно выполнить построение чертежей электроснабжения любой сложности. Помимо этого ПО помогает подходящего номинала, и т.д. «Эльф проектирование» полностью бесплатный программный пакет на русском языке.

Некоторые из перечисленных программ вы можете увидеть на видео обзорах:

AutoCAD Electrical

КОМПАС-Электрик

Помимо предоставленных 7 программ для черчения электросхем существует еще более десятка редакторов, в которых можно бесплатно составить принципиальный план электроснабжения дома либо квартиры, однако в остальных программках более сложный интерфейс либо проблемы с русскоязычной версией. Рекомендуем отдавать предпочтение представителям данного рейтинга, чтобы в дальнейшем не тратить время на поиск русификаторов, руководств по использованию и тому подобное!

Платные ПО

Бесплатные программки для составления электросхем своими силами мы рассмотрели. Однако Вы сами понимаете, что в платных версиях предоставлен более широкий набор возможностей и удобных дополнений, которые позволят начертить эл схему на компьютере. Существует множество популярных платных программ для черчения электрических схем. Некоторые из них мы предоставили выше, однако существует еще одна программка, о которой стоит немного рассказать — sPlan . Это один из самых простейших в использовании и к тому же многофункциональных программных пакетов для составления схем разводки электропроводки и трассировки электронных плат. Интерфейс удобный, на русском языке. В базе данных заложены все самые популярные графические элементы для черчения электросхем.

Ниже представлен список наиболее популярных программ для черчения электрических схем используемые радиолюбителями.

sPlan

Эта программа позволяет быстро рисовать различные электрические схемы. Она простая и не требует большого количества времени на освоение. Главная особенность этой программы – то, что для нее существует множество дополнений, содержащих российские радиоэлементы.

TyniCad

Eagle

Это программное обеспечение имеет набор инструментов, которые позволяют чертить электрические схемы и трассировать печатные платы. Имеет три режима работы, которые включают в себя возможность разработать схему самому или использовать готовые элементы.

Target 3001

Само название этой программы говорит о том, что она выделяется на фоне остальных. Она поддерживает работу даже с большими схемами и функцию отмены или повтора действий в 50 уровней. Еще одной особенностью этой программы является то, что она поддерживает проекты, выполненные в других программах.

DipTrace

Программа DipTrace проста в освоении, поэтому в основном используется новичками и любителями для создания радиолюбительских поделок. Она включает в себя четыре модуля, которые позволяют не только создавать, но и оптимизировать расположение и размеры плат.

KiKad

В возможности этой программы входит создание профессиональных электрических схем, разработка для них печатных плат и подготовка готовых выходных данных для окончательного производства. Эта программа состоит из основных приложений и дополнительных утилит, которые расширяют стандартный функционал.

TyniCad

Несмотря на то, что TinyCAD – это простая в освоении программа, она позволяет разрабатывать даже сложные электронные схемы. Сами разработчики позиционируют TinyCAD, как рядовое приложение, созданное для черчения и редактирования схем различной сложности.

Fritzing

Эта программа имеет довольно узкую направленность – Arduino-проекты. Ее можно использовать как для создания наброска, так и для создания полноценной платы. Программа Fritzing включает в себя набор готовых элементов, которые позволяют упростить создание платы.

123D Cirtuits

Данный онлайн сервис позволяет проектировать электронные схемы и печатные платы и поддерживает платформу Arduino. Он включает в себя набор готовых схем, но его главная особенность – возможность имитировать платформу Arduino. Также эта программа поддерживает импорт данных из Eagle

XCirtuit

Эта программа классифицируется как художественно-дизайнерская, а не редактор электронных схем. В базе данных XCircuit содержатся готовые элементы схемы, что позволяет ускорить процесс создания электронной схемы. Наличие опыта позволяет создавать средние по сложности чертежи.

15 января 2015 в 17:54

Qucs - open-source САПР для моделирования электронных схем

• CAD/CAM

В настоящее время существует не так уж и много open-source САПР. Тем не менее, среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. Этот пост будет посвящён моделировщику электронных схем с открытым исходным кодом . Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4. Qucs является кроссплатформенным и выпущен для ОС Linux, Windows и MacOS.

Разработку данной САПР начали в 2004 году немцы Michael Margraf и Stefan Jahn (в настоящее время не активны). Сейчас Qucs разрабатывается интернациональной командой, в которую вхожу и я. Руководителями проекта являются Frans Schreuder и Guilherme Torri. Под катом будет рассказано о ключевых возможностях нашего моделировщика схем, его преимуществах и недостатках по сравнению с аналогами.

Главное окно программы показано на скриншоте. Там смоделирован резонансный усилитель на полевом транзисторе и получены осциллограммы напряжения на входе и выходе и также АЧХ.

Как видно, интерфейс интуитивно понятен. Центральную часть окна занимает собственно моделируемая схема. Компоненты размещаются на схеме методом перетаскивания из левой части окна. Виды моделирования и уравнения также являются особыми компонентами. Более подробно принципы редактирования схем описаны в документации к программе.

Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация. Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Проприетарное ПО как правило использует бинарные форматы.

Перечислим основные компоненты, имеющиеся в Qucs:

1. Пассивные RCL-компоненты
2. Диоды
3. Биполярные транзисторы
4. Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы)
5. Идеальные ОУ
6. Коаксиальные и микрополосковые линии
7. Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и микросхемы
8. Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog

Библиотека компонентов использует собственный формат, основанный на XML. Но можно импортировать существующие библиотеки компонентов, основанные на Spice (приводятся в даташитах на электронные компоненты).

Поддерживаются следующие виды моделирования:

1. Моделирование рабочей точки на постоянном токе
2. Моделирование в частотной области на переменном токе
3. Моделирование переходного процесса во временной области
4. Моделирование S-параметров
5. Параметрический анализ

Результаты моделирования можно экспортировать в Octave/Matlab и выполнить там постобработку данных.

Qucs основан на вновь разработанном движке схемотехнического моделирования. Отличительной особенностью этого движка является встроенная возможность моделирования S-параметров и КСВ, что важно для анализа ВЧ-схем. Qucs может пересчитывать S-параметры в Y- и Z-параметры.

На скриншотах показан пример моделирования S-параметров широкополосного усилителя высокой частоты.

Итак, отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в проприетарных системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.

Недостатком Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах. Также моделировщик работает медленнее, чем аналогичные Spice-совместимые моделировщики (например MicroCAP (проприетарный) или Ngspice (open-source)).

В настоящее время мы работаем над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный моделировщик, похожий на PSpice) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI)

Теперь рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0.0.18 перспективных направлений в разработке Qucs:

1. Улучшена совместимость с Verilog
2. Продолжается портирование интерфейса на Qt4
3. Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
4. Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
5. Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
6. Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
7. Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (ожидается в версии 0.0.19)
8. Ведётся разработка сопряжения с прочими open-source движками для моделирования электронных схем (

Симулятор электронных схем на русском — это обыкновенный SPICE-симулятор под названием TINA-TI с легкой для понимания графической оболочкой. Данная программа работает без всякого лимита на количество применяемых приборов, легко обрабатывает всесторонние работы. Прекрасно соответствует имитированию поведенческой реакции разнообразных аналоговых схем, а также импульсных блоков питания. Используя TINA-TI можно легко сконструировать схему какой угодно степени сложности, соединить раннее созданные фрагменты, исследовать и распознать показатели схемы по качеству.

Все представленные элементы, которыми располагает симулятор электронных схем на русском TINA-TI , рассредоточены распределены на шесть типов: компоненты пассивного действия, ключи переключения, полу-проводниковые приборы, устройства измерения, миниатюрные модели устройств повышенной сложности. Дополнительно данный софт имеет в своем составе множество показательных образцов.

Симулятор электронных схем составлен на русском языке, поэтому с его помощью можно легко освоить черчение и корректировку принципиальных схем. Процесс создания схемы сам по себе не сложный и после завершения этой операции начинается этап симуляции. Программа может выполнять ниже перечисленные виды исследования: оценку постоянного и переменного тока. В данный анализ входит — расчет ключевых напряжений, построение графика конечного итога, определение промежуточных параметров и тестирование температуры.

Далее идет исследование промежуточных процессов, шумовых искажений. Обусловленность от категории исследования, учебная программа формирует окончательный итог в форме графических изображений или таблиц. Прежде чем начать симуляцию, TINA-TI производит проверку схемы на наличие или отсутствие ошибок. Когда обнаруживаются какие либо отклонения, то все изъяны будут показаны в отдельном окошке в форме списка. Если кликнуть мышью на надписи с ошибкой не распознанной симулятором, то деталь или часть чертежа обозначится маркеровочными знаками.

Дополнительно TINA-TI может выполнять измерение различных сигналов и их испытание. Чтобы реализовать данный вид исследования, для этого имеются виртуальные устройства: цифровой мультиметр, осциллограф, контрольно-измерительный прибор сигналов, источник периодических сигналов и устройство записи. Все имеющиеся в программе приборы симуляции предельно возможно соответствуют по использованию фактическим измерительным устройствам. Виртуально подключать их можно в любом участке исследуемой схемы. Все полученные условными приборами информационные данные сохраняются в памяти компьютера.

Tina-TI направлена для функционирования в среде операционных системах Windows 7, Vista, между тем программа эффективно справляется с работой в ОС Linux если использовать виртуальную машины Wine. Определяющим условием должно быть согласованность языка ОС с устанавливаемой программой.