EDA工具大比拼：Allegro、Xpedition、PADS、Altium对比

随着国产化需求持续释放，国产EDA以高姿态进入大众视野，国产EDA龙头企业华大九天、引领存储EDA的概伦电子、为芯片设计提供全面的验证解决方案的芯华章、有功能丰富永久免费的板级EDA工具的嘉立创EDA等公司形成群雄角逐局面。

此前，华为也宣布其设计团队联合国内EDA企业已基本实现14nm以上EDA工具的国产化，同时板级EDA工具也实现突破。这则消息一度引起热议，有肯定也有质疑。那么EDA为什么会受到如此广泛的关注呢？

一、EDA技术概述及行业挑战

二、国外板级EDA竞争格局

三、国外板级EDA工具功能分析

四、Altium和PADS的竞争分析

前言

在国内市场，三家EDA公司的PCB设计工具在主流PCB设计工具中属于第一阵营，并且不管是个人还是企业都有应用，中大型公司更加青睐集成度较高、可接受的成本、扩展性较强、安全、稳定、可靠的PCB设计工具，加上各行业历史原因所出现的生态因素，以Cadence Allegro 和Siemens EDA Xpedition为企业级第一梯队，Altium为企业级第二梯队。以Altium和Siemens EDA PADS为个人用户或者低终端用户组为第一梯队，其它为第二梯队。

成功的PCB设计工具具有哪些特性？

• 易学易用
• 高效齐全的设计功能
• 出色的数据兼容性
• 准确处理您面临的严峻设计问题
• 经验证的PCB设计、分析和验证技术
• 能有效缩短设计周期
• 完整的3D可视化功能
• 可与MCAD设计环境协同工作
• 可以减少接口,消除人工处理数据,避免数据复制和工程变更传输的错误
• ......

基于工具的这些基本需求特性，我们将从设计创建、Layout设计、库管理及支持维护方面对国外板级EDA工具进行简单比对，请注意，下面提到的Xpedition原理图是Designer VX平台，PCB是Layout VX平台；Cadence原理图是OrCAD平台，PCB是Allegro平台；PADS指的是PADS标准版，原理图是Logic平台，PCB是Layout&Router平台；Altium原理图和PCB是Altium Degsigner集成平台。

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一、设计创建比较

原理图设计工具，它为设计创建、定义和重用提供了一个解决方案。它通常需要提供电路设计和仿真、规则设计、元件选择和库管理、信号完整性规划、项目管理和基于团队的设计等诸多功能。

1

原理图设计工具

• 快速访问符号数据库
• 快速创建、连接和设计原理图
• 电气和物理约束集成
• 与Layout实时交互
• 大数据多人协作功能
• 层次化设计与模块化复用
• 派生管理
• 原理图仿真等扩展设计

OrCAD Capture

Xpedition Designer

PADS Logic

Altium Degsigner

2

约束管理

• 定义、编辑和从规则交互到PCB Layout
• 使用模板将复杂的规则应用到多个网络中
• 从原理图或PCB Layout验证布局与设计

Allegro Constraint Manager

Xpedition Constraint Manager

PADS 设计规则

Altium PCB Rules and Constraints Editor

3

FPGA-PCB协同设计

• 双向、规则驱动的I/O分配和数据交换
• 自动、快速的FPGA符号生成
• 使用规划器进行FPGA I/O优化和改进
• 同时优化FPGA之间的互连

FPGA I/O优化在设计流程中的位置

I/O优化

Xpedition FPGA I/0 Optimizer

Allegro FPGA System Planner

综上，对于普通规模设计，Cadence OrCAD、Xpedition Desiger、PADS Logic和Altium Designer都可以完成原理图的创建。但是对于大规模复杂设计，要高质量的完成设计，这些工具还是有一定差异。

这些差异体现在设计流程的衔接、成本的决策、数据的兼容、是否第三方工具协助、设计效率和准确性等方面。

例如Xpedition Desiger利用约束管理器，可以在同步的前端和后端环境中创建和管理基于约束的设计，通过集成式数据库，可供原理图和PCB共同使用，并且可在原理图与PCB Layout之间同步约束；Cadence OrCAD、Xpedition Desiger利用层次设计功能可以创建一个分层设计，将一个大型设计分割成更易于管理的子函数，分层设计也可以用作复制电路；Xpedition Desiger在原理图并行设计环境中，层次设计使多人能够在设计的不同部分工作；高质量的FPGA-PCB接口设计可以将PCB上的设计周期时间从25%减少到50%，同时也可以降低成本。FPGA的灵活性提供给系统设计的一个关键价值是减少布线拥塞，从而创建额外的布线通道。

当布线拥塞趋势应用于高密度的FPGA时，高质量的FPGA-PCB接口很可能会减少实现复杂系统所需的信号层对的数量。集成于Xpedition Desiger中的IOPT功能，以及集成于Cadence原理图中的Allegro FPGA System Planner都具备FPGA-PCB协同设计。

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二、Layout比较

Layout设计工具，它根据原理图或者网表完成元件的布放以及信号的互连提供了解决方案。现如今的电子产品越来越复杂和集成化，要求Layout设计工具需紧密结合设计流程，能够在高速、RF、刚柔结合、电源等复杂PCB设计方面具备开发功能，在可视化方面，3D显示、机电一体化等功能方面也已经是板级工具主流需求，面向在大规模数据设计以及紧迫的交付周期，多人协作设计优势明显。

PCB Layout工具

• 布局/布线规划：使用布局/布线规划在设计早期显示设计路径和初步的位置，并可以进行标记，帮助您确定互连解决方案是否符合您的要求。
  

Xpedition planning group

Xpedition Sketch Route

Allegro Bundled and Flowed

Allegro 规划转换为布线

• 高速设计：为适主流的高速信号设计规则的功能。如改善玻纤效应的走线方式ZigZag技术、改善阻抗的Tabbed Routing等。

Allegro Tabbed Routing&ZigZagRouting

Xpedition Tabbed Routing&ZigZagRouting

• 3D 可视化与3DLayout：将真正的三维组件模型放置在三维布局中，并通过放置组件组和重用块来节省时间。优化连接并定义草图路径，以驱动关键布局。

Allegro 3D Canvas

Xpedition 3D View&Layout

PADS 3D Layout

Altium MCAD CoDesigner

• Rigid-Flex：使用感知柔性结构的2D/3D设计环境，柔性结构布局布线并实现首通成功。全板可视化与灵活特定的规则检查和验证设计在一个逼真的3D，以最小化迭代。

Allegro Rigid-Flex

Xpedition Rigid-Flex

Altium Designer Rigid-Flex

• ECAD/MCAD：在MCAD中定义PCB结构，放置物理接口组件，并使用ECAD双向协作放置完成。验证设计的完整性，同时确保ECAD和MCAD持续同步。

Xpedition ECAD/MCAD

PADS ECAD/MCAD

Altium ECAD/MCAD

• RF设计：放置用于微带线和射频元件，同时利用特定的布线和调整能力进行电路优化。
  

Xpedition RF

PADS RF

• 团队协同设计：实时协同设计可以缩短、加速或恢复设计进度，更具竞争力。

Xpedition Team Layout

• DRC：大多数用户常常需要容易识别的DRC标识、实时DRC显示、良好全面的交互DRC功能。

Allegro DRC

Xpedition DRC

PADS验证设计与DRC

Altium Designer DRC

综上，Layout设计方面，四种工具只是选择了部分维度进行了宏观上的比对，相关软件最新版本的许多细节亮点由于篇幅原因不能完全展示。

Xpedition和PADS由于有西门子自家机械设计工具的支持较早的可视化方面做足了功夫，也是目前做的比较好；Altium的3D功能由于经过渲染，可视化效果也是不错，在机电一体化技术的驱动下与第三方SolidWorks合作，算是很好的突破的路径，但是说起来还不是自家的；Allegro 在17.4版本之前3D可视化方面做的并不突出，面向复杂的产品级设计存在一定的短板，但是之后特别是SPB 22.1 版本附带一个新的 3DX 引擎，该引擎与 Allegro 板设计数据库整合，对以前 3D Canvas 的性能和内存使用进行优化，以解决与大型设计相关的规模和复杂性问题。而机电一体化相对其它EDA工具还有一定差距。

Allegro是较早进入Intel技术体系的板级EDA工具，所以在高速板Layout方面技术更加成熟，也更加突出，比如大型服务器板Layout设计中使用到很多典型的改善信号质量的技术都相比其它工具更早的应用；Xpedition在Smart Utilities中将很多高速设计技术也很快的植入了进去；PADS和Altium在面向大型数据的高速设计功能还没有如此的完善。

Xpedition的Team Layout的功能技术已经沉淀多年，如果是单兵作战可能体现不了什么优势，但是多达15人一起设计同一个单板的时候，那是其它工具无法比拟的，目前技术成熟稳定，优势明显。Allegro在17.x版本中也创新的开发出了类似技术Symphony Team Design，也算是进了一大步，协同设计Layout效果还是不错，但是和Xpedition技术还是有差距，比如在规则同步方面，实时效果和稳定性方面都还有差距；PADS和Altium没有相关技术。

笔者认为，虽然四种工具在DRC都有完善的解决方案，用户体验可能存在一定差异。Allegro的DRC可视化相对做的不错，实时显示对于资源的开销也很小，所以受到很多用户的青睐，这个与Allegro软件的系统架构和初期的设计习惯构思有一定关系，使用Allegro的用户，往往喜欢开始先容忍DRC的存在来提高布线效率，而Xpedition讲究设计即正确的思路，从一开始就规避DRC，所以当时的推挤布线独步天下，但在原生DRC检查方面，要做比较多的设置和运行，就会影响用户的使用，甚至是可能是交期。但是在设计验证和DFM方面，无疑西门子EDA的板级工具有很大优势，ShiftLeft思想具有开创性。

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三、库数据管理

设计即正确，需要在设计之初就开始把控，设计始于元件库，所以开始就要确保零部件是正确的。

先进的库创建和管理

• 构建和管理元件，并自动化归档管理
• 从一个中心位置创建、导入、导出和访问库
• 管理从初始零件选择到最终BOM的零件数据

Xpedition Library Manager

PADS库管理

Altium库管理

EDA工具中元件封装都可以使用基于向导的创作工具来构建，当然也可以查询门户网站的云应用程序并进行下载，或者可以通过应用程序来快速创建。基于中心库可以促进企业或者工作组易于访问和共享。

Xpedition库管理一直做的相对比较优秀，针对企业级的EDM更是将集成做到了极致。

企业级电子设计数据管理平台

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四、服务及支持

二次开发指的是定制化功能的开发，二次开发的深入程度体现了接口开放的程度。笔者认为二次开发是两面性的，如果一种软件的集成度高，自动化程度高的话，标准工具基本就可以满足设计者的需求，二次开发可能就会少。当然没有比快速取代手工的重复能让设计者更兴奋的过程了。关于二次开发方面，Allegro的Skill和Xpedition的Automation技术都做的不错。

Allegro基于Skill语言的二次开发已经是如火如荼了，Cadence SKILL 是一种基于流行的人工智能语言 Lisp 的高级交互式编程语言，可让您自定义和扩展您的设计环境。凭借其传统的类似C语言，新手用户可以快速学会使用 SKILL，而专家程序员则可以使用 Lisp 的全部功能。尽管 SKILL 与计算器一样易于使用，但其强大的编程语言功能为几乎无限的应用程序提供了支持。SKILL 为其底层子系统提供功能接口，使您能够快速定制现有的 CAD 应用程序和开发新的应用程序。几乎所有使用Cadence平台的公司，可能都有使用基于skill的二次开发，因为它很容易就能掌握。但是随着软件版本的变化，一些二次开发功能就不一定适用了。

SKILL IDE

Xpedition通过Automation的COM技术与其主机和其他应用程序通信。自动化程序将高效自动化完成耗时长、复杂或者重复性操作，可以提供消息框、通知您项目或设计的状态、生成有关您的设计的报告、统计数据、材料清单、部件列表和其他有用数据。自动化与更改设计数据、向设计添加文档、甚至向设计添加组件、网络或其他项目有关的步骤、定义自定义设计规则检查。Automation支持多种语言和编辑环境。笔者认为Xpedition的Smart Utilities其实就是官方的二次开发技术。

总结

关于板级EDA工具功能的比对，虽然笔者尽可能的做了多维度的比较，但是很难做到允执厥中的境界，这些对比仅供大家参考。

使用这些软件几乎都可能先入为主，先用了A再用B可能在开始就需要一段时间适应，这习惯问题了。总体来说四款工具都能设计出出色的产品，只是所付出的经济成本和时间成本不同。

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