9 ottimi strumenti di automazione della progettazione elettronica free e open source

Electronic Design Automation (EDA) è un tipo di software che consente di progettare sistemi elettronici.

Questi sistemi possono essere circuiti stampati (che supportano meccanicamente e collegano elettricamente componenti elettronici utilizzando percorsi conduttivi) e circuiti integrati (un circuito elettronico prodotto mediante litografia o la diffusione modellata di oligoelementi nella superficie di un sottile substrato di materiale semiconduttore). Gli strumenti EDA consentono ai progettisti di chip di progettare e analizzare interi chip semiconduttori.

Il mercato della progettazione elettronica ha assistito a una rapida espansione negli ultimi anni, con un mercato sempre più globale. Con l’ascesa delle industrie dei semiconduttori in molti paesi emergenti, come la Cina, il software EDA di buona qualità è molto richiesto. L’EDA è un’attività complicata, che coinvolge una serie diversificata di algoritmi e applicazioni software necessari per la progettazione di complessi prodotti elettronici e semiconduttori di nuova generazione. Gli strumenti EDA aiutano i progettisti a catturare e verificare le caratteristiche funzionali e fisiche dei loro progetti prima di realizzarli effettivamente. Consentono inoltre ai progettisti di progettare prodotti complessi, riducendo i tempi di immissione sul mercato del sistema elettronico e mantenendo i costi entro il budget.

Esiste un’ampia gamma di strumenti EDA rilasciati con una licenza open source che consente agli sviluppatori di personalizzare e creare i loro progetti. Per fornire una panoramica della qualità del software disponibile, abbiamo compilato un elenco di 9 applicazioni Linux EDA free di alta qualità.

Si spera che qui ci sia qualcosa di interessante per chiunque voglia progettare sistemi elettronici.

Esploriamo i 9 strumenti EDA a portata di mano. Per ogni titolo abbiamo creato il proprio paragrafo con una descrizione completa e un’analisi approfondita delle sue caratteristiche, uno screenshot del software in azione, insieme ai collegamenti alle risorse pertinenti.

Programmi	Descrizione
KiCad	Software suite per la creazione di schemi elettronici
gEDA	Suite completa e toolkit di strumenti per l’automazione della progettazione elettronica
Magic	Editor di layout VLSI, estrazione e strumento DRC
QElectroTech	Progettare schemi elettrici
KTechLab	IDE per la progettazione e la simulazione di circuiti di microcontrollori elettronici e PIC
Fritzing	Adatto alle esigenze di designer e artisti
Electric	Il sistema di progettazione VLSI elettrico
LibrePCB	Software per lo sviluppo di circuiti stampati
PyOpus	Libreria per l’ottimizzazione basata sulla simulazione di sistemi arbitrari

KiCad

KiCad è una suite software open source per la creazione di schemi elettronici. Aiuta la progettazione di schemi per circuiti elettronici e la loro conversione in progettazione di circuiti stampati (PCB). KiCad è stato originariamente sviluppato da Jean-Pierre Charras e presenta un ambiente integrato per l’acquisizione schematica e la progettazione del layout PCB.

All’interno del pacchetto sono presenti strumenti per creare una distinta base, grafica e file Gerber e viste 3D del PCB e dei suoi componenti.

KiCad utilizza un ambiente integrato per tutte le fasi del processo di progettazione: acquisizione schematica, layout PCB, generazione/visualizzazione di file Gerber e modifica della libreria.

Le caratteristiche includono:

• KiCad è composto da cinque componenti principali con un’interfaccia comune:
  • kicad – il project manager.
  • eeschema – l’editor di acquisizione schematica.
  • cvpcb – selettore di footprint per i componenti utilizzati nella progettazione del circuito.
  • pcbnew – Software di layout PCB con vista 3D. Utilizza il modello 3D di Wings3D CAD.
  • gerbview – Visualizza i documenti del fotoplotter Gerber.
• Sia eeschema che pcbnew dispongono di gestori ed editor di librerie per i propri componenti e impronte.
• Creare, modificare, eliminare e scambiare elementi della libreria.
• I file di documentazione possono essere associati a componenti, impronte e parole chiave, consentendo una rapida ricerca per funzione.
• La maggior parte dei componenti ha modelli 3D corrispondenti.
• Visualizzatore 3D che puoi utilizzare per ispezionare il tuo progetto in un quadro interattivo.
• Crea layout PCB professionali con un massimo di 32 strati di rame. KiCad dispone ora di un router push and shove in grado di instradare coppie differenziali e regolare interattivamente le lunghezze delle tracce.
• La libreria ufficiale per i simboli schematici e un editor di simboli schematici integrato ti aiutano a iniziare rapidamente con i tuoi progetti.
• Strumenti di migrazione per i componenti (da altri strumenti software EDA).
• Sono supportate più lingue, come inglese, catalano, ceco, tedesco, greco, spagnolo, finlandese, francese, ungherese, italiano, giapponese, coreano, olandese, polacco, portoghese, russo, sloveno, svedese e cinese.

Sito web: kicad.org
Supporto: Documentazione
Sviluppatore: Dick Hollenbeck
Licenza: GNU GPL v2

KiCad è scritto in C++.

gEDA

Il progetto gEDA ha prodotto e continua con lo sviluppo di una suite open source completa e di un toolkit di strumenti per l’automazione della progettazione elettronica.

Questi strumenti vengono utilizzati per la progettazione di circuiti elettrici, l’acquisizione di schemi, la simulazione, la prototipazione e la produzione. Attualmente, il progetto gEDA offre una suite matura di applicazioni software gratuite per la progettazione elettronica, tra cui acquisizione schematica, gestione degli attributi, generazione di distinte base (BOM), netlisting in oltre 20 formati di netlist, simulazione analogica e digitale e circuito stampato (PCB ) disposizione.

gEDA è principalmente orientato alla progettazione di circuiti stampati (al contrario della progettazione di circuiti integrati).

Le caratteristiche includono:

• gschem – disegnare schemi elettronici, che descrivono la struttura logica di un circuito. Gli schemi sono costituiti da simboli, che rappresentano i vari componenti del circuito, e sono ottenuti da una libreria standard o creati dall’utente. Le connessioni tra i componenti sono rappresentate da reti (fili):
  • Modifica dei simboli da utilizzare negli schemi.
  • Disegna diagrammi a blocchi di progetti elettronici.
• gattrib: un programma simile a un foglio di calcolo per la modifica in blocco degli attributi dei componenti.
• libgeda – una libreria di funzioni per manipolare schemi e simboli gEDA.
• gnetlist: un’utilità altamente flessibile e sensibile alla gerarchia che analizza gli schemi per generare una serie di output, comprese le netlist per un’ampia varietà di strumenti di layout PCB. Può anche generare distinte base e rapporti DRC per i tuoi schemi.
• gsch2pcb – un’utilità della riga di comando per semplificare il flusso di lavoro in cui ‘PCB’ e `gschem’ vengono utilizzati insieme.
• gsymcheck – un’utilità per il controllo degli errori comuni nei file di simboli schematici.
• gaf : un’utilità da riga di comando multiuso che implementa l’impostazione dei programmi di cui sopra, l’esportazione di schemi e simboli in vari formati e shell per l’elaborazione da riga di comando dei propri dati.

Sito Web: www.geda-project.org
Supporto: Documentazione, Wiki
Sviluppatore: Ales Hvezda e molti contributori
Licenza: GNU GPL v2

gEDA è scritto in C.

Magic

Magic è uno strumento di layout open source, interattivo e di integrazione su larga scala (VLSI), scritto negli anni ’80 a Berkeley da John Ousterhout, il creatore del popolare linguaggio di interprete di scripting Tcl. La progettazione e la simulazione VLSI è il processo di acquisizione dei circuiti su una postazione di lavoro del computer con l’intenzione di inserirli in un circuito integrato (IC).

Magic è un’applicazione popolare in alcune università e aziende più piccole. La licenza open source ha consentito agli ingegneri VLSI di implementare idee intelligenti e aiutare Magic a rimanere al passo con la tecnologia di fabbricazione. Tuttavia, sono gli algoritmi di base ben congegnati che rendono Magic molto popolare.

Magic è ampiamente citato come lo strumento più semplice da utilizzare per il layout dei circuiti, anche per le persone che alla fine si affidano a strumenti commerciali per il flusso di progettazione del prodotto. Contiene conoscenze sulle regole di progettazione geometrica, transistor, connettività e routing.

Magic utilizza 2 finestre: una per il testo e una finestra separata per la visualizzazione dei layout.

Le caratteristiche includono:

• Utilizza regole di progettazione semplificate e strutture circuitali.
• Geometria “cucita ad angolo”, in cui tutto il layout è rappresentato come una pila di piani, e ogni piano è costituito interamente da “tessere” (rettangoli). Ciò fornisce un’implementazione efficiente di queste operazioni.
• Riquadro diviso che consente una rappresentazione fedele della geometria non di Manhattan.
• Controllo delle regole di progettazione in tempo reale per mantenere un quadro aggiornato delle violazioni.
• Plowing: consente l’allungamento e la compattazione interattivi.
• Strumenti di instradamento.
• Cell manager.
• Tech manager.
• Leggi: CIF, GDS.
• Scrivi: CIF, GDS.

Sito Web: opencircuitdesign.com/magic
Supporto: Documentazione, Guida per l’utente
Sviluppatore: Gordon Hamachi, Robert Mayo, John Ousterhout, Walter Scott, George Taylor (autori originali)
Licenza: licenza BSD

Magic è scritto in C.

QElectroTech

QElectroTech è un’applicazione open source per creare circuiti elettrici, elettronici, di automazione e di controllo. Il software può anche essere utilizzato per creare oggetti meccanici per illustrare processi, disegni di strumentazione tra varie possibilità creative. QElectroTech è una buona applicazione di disegno di qualità professionale per vari disegni che formano un progetto.

QElectroTech dispone di un’ampia raccolta di simboli standard e personalizzati, denominati elementi, che descrivono la maggior parte dei componenti comunemente utilizzati nei sistemi elettrici, idraulici, pneumatici e informatici. Questi elementi possono essere selezionati trascinandoli con il mouse su un editor di diagrammi e collegati con linee per rappresentare o descrivere un sistema. Nell’ambito di un progetto è possibile redigere un gran numero di tali diagrammi.

QElectroTech comprende anche un editor di elementi integrato che consente la creazione di elementi più recenti che non esistono nella raccolta. Gli elementi nella raccolta QET non sono modificabili, ovvero di sola lettura. Tuttavia, una volta che l’elemento viene trascinato in un diagramma, viene automaticamente aggiunto alla raccolta “importata” in una copia duplicata. Questa copia dell’elemento sarà disponibile per la modifica per effettuare le opportune modifiche per creare simboli personalizzati.

QElectroTech è un’applicazione Qt5.

Le caratteristiche includono:

• Due strumenti: un editor di elementi per creare simboli schematici e un editor di diagrammi per creare i tuoi disegni.
• Sono incluse librerie di simboli comuni, insieme ai simboli standardizzati IEC 60617.
• Gli elementi vengono salvati in un formato xml.
• Esporta i diagrammi in formati tra cui dxf, pdf, jpg, png, bmp, svg e altri.
• Modalità schermo intero.
• Altamente configurabile.
• Supporto multipiattaforma: funziona con i sistemi operativi Linux, Mac OS X e Windows.
• Supporto per l’internazionalizzazione: traduzioni in arabo, brasiliano, catalano, ceco, croato, danese, fiammingo, tedesco, italiano, polacco, portoghese, rumeno, russo e spagnolo.

Sito Web: qelectrotech.org
Supporto: Manuale, Wiki, Forum
Sviluppatore: Laurent Trinques, Joshua Claveau, Davi Fochi
Licenza: GNU GPL v2

QElectroTech è scritto in C++.

KTechlab

KTechlab è un IDE open source per la progettazione e la simulazione di circuiti di microcontrollori elettronici e PIC.

È un progettista di circuiti con autorouting e simulazione di componenti elettronici ed elementi logici comuni.

KTechlab supporta la programmazione di microcontrollori utilizzando un linguaggio grafico basato su diagrammi di flusso chiamato flowcode.

Il software utilizza Qt.

Le caratteristiche includono:

• Simulatore di circuiti, in grado di simulare logica, dispositivi lineari e alcuni dispositivi non lineari.
• Integrazione con gpsim, che consente di simulare i PIC in circuito.
• Editor schematico, che fornisce un ricco feedback in tempo reale della simulazione.
• Quadro di lavoro centrale tra le barre laterali come mostrato nella foto a sinistra.
• Editor di diagrammi di flusso, che consente di costruire visivamente i programmi PIC.
• Gli schemi circuitali (o acquisizioni), i diagrammi di flusso e il codice (c o assieme) vengono visualizzati come schede sopra l’area di progettazione nella finestra principale.
• I diagrammi di flusso sono utili per definire il flusso di controllo di un algoritmo da eseguire in un circuito integrato programmabile (PIC).
• I circuiti analogici o digitali possono essere disegnati e simulati “al volo” mentre vengono costruiti e le misurazioni come la corrente di ramo o la tensione di un nodo possono essere visualizzate passando sopra il circuito con il mouse.
• Barra laterale dei componenti elettrici.
• Barra laterale degli elementi.
• MicroBASIC; un compilatore simile a BASIC per PIC, scritto come programma complementare a KTechlab.
• Assemblatore e disassemblatore integrato tramite gpasm e gpdasm.

Sito web: github.com/ktechlab/ktechlab
Supporto: GitHub code repository, Mailing List
Sviluppatore: Jason Lucas, Alan Grimes, Zoltan Padrah, Julian Bäume
Licenza: GNU GPL v2

KTechlab è scritto in C++.

Fritzing

Fritzing è uno strumento software open source per supportare designer, artisti e hobbisti a lavorare in modo creativo con l’elettronica interattiva.

È progettato per aiutare una transizione da un prototipo a un progetto finito. Rivolto agli utenti che desiderano produrre o documentare circuiti ed esperimenti, si inizia costruendo un prototipo fisico, quindi ricreandolo con l’editor grafico di Fritzing. Da lì è possibile generare uno schema, grafica PCB e file di produzione PCB.

Fritzing è essenzialmente un software di Electronic Design Automation adatto alle esigenze di designer e artisti. Utilizza la metafora della breadboard, in modo che sia facile trasferire uno schizzo hardware al software utilizzando una GUI basata sul trascinamento della selezione per copiare lo schizzo. Da lì è possibile creare layout PCB per trasformare il tuo prototipo in un robusto PCB, da solo o con l’aiuto di un produttore.

È stato sviluppato presso l’Università di Scienze Applicate di Potsdam.

Le caratteristiche includono:

• Interfaccia user-friendly per un flusso di lavoro rapido e semplice:
  • Project View – dove un circuito elettronico virtuale viene costruito e modificato in breadboard, vista schematica o pcb.
  • Finestre delle tavolozze: composte da Libreria parti, Ispettore parti, Cronologia annullamenti e Navigatore.
  • Part Creator: uno strumento per modificare parti o creare nuove parti per Fritzing.
  • La barra inferiore fornisce un rapido accesso ad alcuni dei comandi e delle opzioni di Fritzing.
• Rappresenta le parti elettroniche in modo realistico e adotta un approccio intuitivo per rendere la tecnologia complessa utilizzabile dai non tecnologi.
• Breadboard View: sembra un prototipo di breadboard nella vita reale.
• Vista schematica: un modo più astratto di guardare componenti e connessioni rispetto alla vista Breadboard. Questa rappresentazione è simile ai diagrammi tradizionali utilizzati dagli ingegneri.
• Vista PCB: progetta come appariranno i componenti su un circuito stampato fisico. I PCB possono essere realizzati a casa o in un piccolo laboratorio utilizzando processi di incisione fai-da-te.
• Libreria di parti.
• Diversi bidoni. I contenitori principali sono “Core” e “Mine”. Il Core bin contiene tutte le parti standard, in cui le famiglie di parti simili sono aggregate in una (ad esempio, il LED rosso indica tutti gli altri colori). Il cestino della miniera conterrà le parti create su misura.
• Autoroute: genera automaticamente le tracce di connessione tra le parti.
• Instradamento manuale.
• Verifica delle regole di progettazione: verifica che non vi siano connettori o tracce che si sovrappongono o sono troppo vicini tra loro.
• Regole di progettazione configurabili Keepout.
• Riempimento del contatto di terra.
• Zoom avanti/indietro.
• Varietà di opzioni di esportazione:
  • Immagine: PNG, JPG, SVG, PDF, PostScript.
  • Produzione: Etchable (PDF), Etchable (SVG), Extended Gerber. L’opzione Etchable PDF esporta solo il disegno necessario per l’incisione.
  • List of Parts (HTML) – genera un elenco di tutte le parti nel circuito.
  • Netlist XML.
• Supporto all’internazionalizzazione.

Sito Web: fritzing.org
Supporto: FAQ, GitHub Code Repository
Sviluppatore: Interaction Design Lab presso l’Università di Scienze Applicate Potsdam, Germania
Licenza: GNU GPL v3

Fritzing è scritto in C++.

Electric

Electric è un sofisticato sistema CAD elettrico in grado di gestire molte forme di progettazione di circuiti, tra cui layout IC personalizzati (ASIC), disegno schematico, specifiche del linguaggio di descrizione dell’hardware e layout ibrido elettromeccanico.

Il sistema include molti strumenti per l’analisi e la sintesi dei circuiti.

Electric ha un modo insolito di realizzare il layout del circuito integrato (IC). Il sistema considera i circuiti integrati come composti da nodi e archi. I nodi sono elementi circuitali come transistor e contatti. Gli archi collegano i nodi. Ciò consente di aggiungere vincoli di layout agli archi.

Le caratteristiche includono:

• Verifica delle regole di progettazione.
• Controllo delle regole elettriche.
• Simulazione e interfaccia di simulazione (molte opzioni).
• Generazione (ROM, PLA, Pad Frame, ecc.).
• Compattazione: riduce il layout alla minima spaziatura delle regole di progettazione. Lo fa eseguendo la compattazione ad asse singolo, alternando direzioni orizzontali e verticali fino a quando non è possibile trovare ulteriore spazio.
• Instradamento: contiene una serie di diversi sottosistemi per la creazione di cavi. Due router di cucitura possono essere utilizzati nella progettazione basata su array per connettere celle adiacenti. Un labirinto-router esegue singoli fili. È disponibile un river-router per l’esecuzione di più cavi paralleli. Il router Sea-of-gate gestisce molti cavi in ​​situazioni di connessione arbitrarie. Il clock-router costruisce alberi bilanciati che garantiscono percorsi di lunghezza costante verso ogni cella di destinazione. Infine, ci sono sei router sperimentali, basati sugli algoritmi A* e Lee/Moore.
• Compilazione VHDL.
• Compilazione del silicio: il processo di conversione da un linguaggio di descrizione dell’hardware (come Verilog o VHDL) direttamente al silicio posizionato e instradato. Electric ha due modi per svolgere questo compito.
• Verifica della coerenza della rete (LVS).
• Analisi Logical Effort.
• Gestione del progetto.
• Visualizza disegni tra cui:
  • MOS (molte varianti CMOS e nMOS).
  • Bipolare e BiCMOS.
  • Schemi e circuiti stampati.
  • Filtri digitali, logica temporale.
  • Artwork.
• Supporta i seguenti formati di file:
  • CIF I/O.
  • GDS I/O.
  • EDIF I/O.
  • DXF I/O.
  • SUE Input.
  • VHDL I/O.
  • Output Verilog.
  • Output EAGLE, PADS e ECAD.
  • Output PostScript, HPGL e PNG.
• Supporto multipiattaforma: funziona su tutti i principali sistemi operativi.

Sito web: www.staticfreesoft.com
Supporto: Manuale, FAQ
Sviluppatore: The CAD research group
Licenza: GNU GPL

Electric è scritto in Java.

LibrePCB

LibrePCB è un’applicazione EDA per lo sviluppo di circuiti stampati.

Il software utilizza il toolkit widget Qt.

Il software è rilasciato con licenza open source.

Le caratteristiche includono:

• All-In-One: gestione del progetto + editor di librerie/schemi/schede.
• Interfaccia utente grafica intuitiva, moderna e facile da usare.
• Design della libreria molto potente con alcuni concetti innovativi.
• Formati di file leggibili sia per le librerie che per i progetti.
• Funzione multi-PCB (diverse varianti PCB dello stesso schema).
• Sincronizzazione automatica della netlist tra schema e scheda.
• Multilingue (sia elementi dell’applicazione che della libreria).
• Supporto multipiattaforma: funziona su Linux, Mac OS X e Windows.

Website: librepcb.org
Supporto: Documentation, GitHub Code Repository
Sviluppatore: Urban Bruhin and many contributors
Licenza: GNU General Public License v3.0

LibrePCB è scritto in C++.

PyOpus

PyOPUS è una libreria per l’ottimizzazione basata sulla simulazione di sistemi arbitrari. È stato sviluppato pensando all’ottimizzazione del circuito. La libreria è la base per la GUI di PyOPUS che consente di configurare facilmente le attività di automazione della progettazione. Nella GUI è inoltre possibile visualizzare i risultati e tracciare le forme d’onda generate dal simulatore.

PyOPUS fornisce diversi algoritmi di ottimizzazione (Coordinate Search, Hooke-Jeeves, Nelder-Mead Simplex, Successive Approximation Simplex, PSADE (global), MADS, …). Gli algoritmi di ottimizzazione possono essere dotati di plug-in che vengono attivati ​​a ogni valutazione della funzione e hanno pieno accesso alle parti interne dell’algoritmo di ottimizzazione.

PyOPUS ha una vasta libreria di funzioni di test di ottimizzazione che possono essere utilizzate per lo sviluppo di algoritmi di ottimizzazione. Le funzioni includono set di benchmark di Moré-Garbow-Hillstrom, Lukšan-Vlček (problemi non uniformi), Karmitsa (problemi non uniformi), Moré-Wild, problemi di ottimizzazione globale di Yao, Hedar e Yang, problemi utilizzati nello sviluppo degli algoritmi MADS, e un’interfaccia per migliaia di problemi nella raccolta CUTEr/CUTEst. I risultati del benchmark possono essere convertiti in profili di dati che visualizzano le prestazioni relative degli algoritmi di ottimizzazione.

Il modulo “pyopus.simulator” attualmente supporta SPICE OPUS, HSPICE e SPECTRE (supporta analisi OP, DC, AC, TRAN e NOISE, oltre a raccogliere proprietà del dispositivo come Vdsat). L’interfaccia è semplice e può essere facilmente estesa per supportare qualsiasi simulatore.

PyOPUS fornisce una libreria estendibile di funzioni di post-elaborazione che consentono di estrarre facilmente misure delle prestazioni come guadagno, larghezza di banda, tempo di salita, velocità di variazione, ecc. dai risultati della simulazione. Le misure delle prestazioni raccolte possono essere ulteriormente post-elaborate per ottenere una funzione di costo definita dall’utente che può essere utilizzata per guidare gli algoritmi di ottimizzazione verso circuiti migliori.

Sito Web: fides.fe.uni-lj.si/pyopus
Supporto:
Sviluppatore: Arpad Buermen
Licenza: GNU General Public License v3.0

PyOPUS è scritto in C e Python. 

Fonte: https://www.linuxlinks.com/eda/