Protel99 SE EDA技术及应用 教学课件 ppt 作者 熊建云 第九章

9.1 任务及要求 9.2 准备原理图和网络表 9.3 使用PCB向导新建PCB文件和板框 9.4 装入原理图网络表文件和元器件封装 9.5 元器件布局 9.6 自动布线 9.7 手工调整布线 9.8 布线结果检查 9.9 生成PCB报表和打印电路板图,第9章 PCB的自动化设计,9.1 任务及要求,采用PCB自动化设计的方法绘制图5-38所示的串联型稳压电源电路的PCB图。要求设计为单面印制电路板，板框尺寸为3600mil×2700mil，一般线宽为20mil，输入/输出、电源/地线宽为40mil。,PCB自动化设计就是将原理图绘制、板框规划、元器件布局、规则定义、铜膜走线等全过程由计算机自动完成。但这些过程还是需要人工的干预才能设计出合格的PCB，所以PCB的自动化设计过程实际上是一种半自动化的设计过程。,9.2 准备原理图和网络表,设串联型稳压电源电路的原理图文件名为Power.Sch，生成网络表文件名为Power.NET，原理图和网络表将在后面生成PCB时使用。,电路原理图中最重要的是电路的逻辑连接和各元器件的参数值，只要这些参数值正确、连接无误，从原理上表明该电路可以实现某一功能；,PCB图中最重要的是元器件封装和各焊盘的连接。,要实现自动化设计，就需要在原理图生成网络表文件时不仅要包括元器件的标号、型号，还必须包括元器件的封装信息。,从电路原理图输出网络表前需添加各元器件的封装，然后执行生成网络表Design/Create Netlist命令。,9.3 使用PCB向导新建PCB文件和板框,使用Protel PCB所提供的板框向导（Wizards）来学习自动创建一个新的PCB文件及板框。下面以前面所完成的串联型稳压电源电路的原理图文件Power.Sch为例。,图9-1 Wizards选项卡,（1）执行菜单命令File/New，在弹出的New Document（新建文档）对话框中选择Wizards选项卡，如图9-1所示。,图9-2 PCB向导欢迎界面,（2）双击Printed Circuit Board Wizards（PCB向导）图标，或单击选中该图标后再单击OK按钮，系统进入PCB向导欢迎界面，如图9-2所示。,（3）单击图9-2中的Next按钮，进入选择预定义标准板对话框，如图9-3所示。,图9-3 选择预定义标准板对话框,2）选择PCB样板类型。本处选择Custom Made Board，自己定义板卡的尺寸、边界线宽等参数。,1）在该对话框的Unit项中选择单位：Imperial英制（mil）， Metric公制（mm）。本例中选Imperial。,（4）单击图9-3中的Next按钮，进入如图9-4所示的对话框。该对话框用于设置电路板的形状、尺寸及线宽等参数。,图9-4 自定义参数设置对话框,本例中选择Rectangular设置板框为矩形框，Width为3600mil，Height为2700mil，显示Dimension Lines(尺寸标注)，取消Title Block (标题栏)、 Scale (刻度尺)、Legend Sting(图例说明)、Corner Cutoff(边角切割)、Inner Cutoff(内缘缺口)的选取，参数设置如图9-4所示。,（5）单击图9-4中的Next按钮进入下一个对话框，可显示自定义板框的轮廓尺寸，如图9-5所示。若需要修改，只需把光标移到图中4个数值的任一个，都会出现一个可编辑的文本框，用户可根据需要进行调整，也可以单击Back按钮返回上一步重新输入尺寸。,图9-5 自定义板框的轮廓尺寸,（6）单击图9-5中的Next按钮，系统进入图9-6所示的PCB板层设置对话框，在其中可选择双面、四层、六层、八层等。本例选择第一项Two Layer-Planted Through Hole和None。,图9-6 PCB板层设置对话框,（7）单击图9-6中的Next按钮，系统进入如图9-7所示的对话框，此时可以设置过孔类型（通孔或盲孔），双层板只能是通孔（Thruhole Vias only）。,图9-7 过孔类型设置对话框,（8）单击图9-7中的Next按钮，系统进入如图9-8所示的对话框，此时可以选择布线技术，可以选择使用的元器件类型（可以是表面贴装式元器件或插孔式元器件），这里选择插孔式元器件。,图9-8 选择布线技术对话框,图9-9 最小尺寸限制设置对话框,（9）单击图9-8中的Next按钮，系统进入如图9-9所示的对话框，此时可以设置最小的导线尺寸、过孔尺寸和导线间的距离。,（10）直接连续单击Next按钮，直到出现Finish（完成）按钮。单击Finish按钮就完成了PCB板的规划工作，如图9-10所示。,图9-10 规划的PCB板框,9.4 装入原理图网络表文件和元器件封装,电路板规划好后，接下来的任务就是装入原理图网络表文件和元器件封装。在装入网络表和元器件封装之前，必须装入所需的元器件封装库。,9.4.1 装入网络表文件及元器件封装的步骤,1）在PCB编辑器中，执行菜单Design/Load Nets命令，系统会弹出如图9-11所示的装载网络表对话框。,图9-11 装载网络表对话框,2）在Netlist File框中输入网络表文件名。单击对话框中的Browse按钮，系统将弹出如图9-12所示的对话框，在对话框中选取目标网络表文件。本例中网络表文件名为Power.NET。,3）单击OK按钮，完成网络表文件的选择，如图9-13所示。,图9-12 网络表文件选择对话框,图9-13 网络表装入情况对话框,4）单击9-13对话框中的Execute（执行）按钮，然后单击Yes按钮就可以将网络表装入PCB编辑器中，如图9-15所示。,图9-15 装入网络表后PCB编辑区,9.4.2 原理图元器件引脚号与PCB元器件封装焊盘号的一致性,对于集成电路，其封装形式有统一标准，一般很少有不一致的情况，但是分立元器件形状多种多样，封装形式也较为繁多，不一致的情况就比较常见。其中特别要注意以下一些常用元器件：二极管、晶体管、电位器、场效管、整流桥等。通常可用以下几种方法来解决不一致的问题。,1修改原理图元器件的引脚号,2直接修改原理图网络表文件,3修改PCB图中元器件封装的焊盘号,本例采用这种方法，下面以修改二极管VD1的焊盘号为例来说明。,（1）局部放大PCB编辑区的VD1部分，如图9-16所示。,图9-16 VD1的局部放大,（2）双击VD1的A号焊盘，打开属性对话框。把Designator框中焊盘编号“A”改为“1”，如图9-17所示，单击OK按钮确定。,（3）用同样的方法把焊盘编号“K”改为“2”。,（4）执行菜单Design/Load Nets命令，重新装入网络表。,按照上述方法，将图9-15中VD2、VD3、VD4、VW1的焊盘编号“A”改为“1”，焊盘编号“K”改为“2”。,（5）单击Execute（执行）按钮，然后单击Yes按钮。,对于三极管和电位器的管脚，在原理图和PCB图中相应的编号并不一致，如图9-19所示。,根据上述方法，将晶体管VT1VT4和电位器RP1的焊盘号做相应修改，然后再一次装入网络表。这时所有二极管焊盘均有了网络并以“飞线”相连，晶体管和电位器的焊盘网络也发生了变化。,9.5 元器件布局,图9-20 群组式自动布局对话框（Cluster Placer）,9.5.1 自动布局,执行菜单Tool/Auto Placement/Auto Placer命令，弹出如图9-20所示的对话框。系统提供两种自动布局方式：,1群组式自动布局 群组式自动布局方式如图9-20所示。此方式适合元器件数小于100个的电路。,说明：执行该方式布局前，可以执行菜单Design/Rules命令，打开Design Rules（设计规则）对话框，选择Placement（布局）选项卡设定自动布局的参数。这些规则仅对Cluster Placer（群组式布局）方式有效。,统计式自动布局方式如图9-21所示。此方式基于统计学的算法来布局元器件，使元器件间的连接导线长度尽量最短，它适合元器件数量超过100个的电路。,2统计式自动布局,图9-21 统计式自动布局对话框 （Statistical Placer）,各选项的意义如下： Group Components：将网络中电气连接关系密切的元器件归为一组。 Rotate Components：允许元器件旋转以便找出一个最佳布局方向。 Power Nets：输入网络名称。 Ground Nets：与Power Nets相似，通常是地线网络名称。 Grid Size：设置元器件自动布局时的栅格间距。,图9-22 自动布局的稳压电源图,注意：在运行自动布局前，应确保已经定义了一个PCB板的电气边界，并确保电气边界的属性选择为Keep out。否则，不能执行自动布局。,本例中选择统计式自动布局，结果如图9-22所示。,执行Tool/Auto Placement/Stop Auto Placer命令用于停止正在自动布局的操作。,3停止自动布局,3粘贴：执行菜单Edit/Paste命令或单击 图标。,9.5.2 对象的编辑操作,前面我们学习了有关移动、旋转、翻转、选取等操作，本处再学习复制、剪切、粘贴、删除等操作。,1剪切：执行菜单Edit/Cut命令或单击 图标。,2复制：执行菜单Edit/Copy命令。,图9-24 选择性粘贴属性对话框,4选择性粘贴：执行菜单Edit/Paste Special命令,将进入选择性粘贴 属性对话框，如图9-24所示。,5清除对象：执行菜单Edit/Clear命令 将删除被选取的对象。,6删除对象：执行菜单Edit/Delete命 令，移动光标到要删除的对象，单 击鼠标左键将删除对象。,9.5.3 手工调整布局,图9-26 手工调整后的稳压电源布局图,手工调整元器件布局实际上就是对元器件进行移动、旋转、翻转、调整元器件标注等操作。手工调整后的稳压电源布局图如图9-26所示。,9.6 自动布线,进行自动布线之前，要根据电路的实际需要，要进行相应的布线规则设置。,9.6.1 自动布线的设计规则,执行菜单命令Design/Rules，系统会弹出如图9-27所示的设计规则对话框，这里仅对自动布线的一些规则进行说明。,图9-27 设计规则（布线参数）对话框,1设置安全间距参数,双击Clearance Constraint（安全间距）选项，可进入安全间距设置对话框，如图9-28所示。 注：此处缺一个图9-28,2设置布线拐角模式 双击Routing Corners（布线拐角）选项，将弹出如图9-29所示的布线拐角规则设置对话框。,图9-29 布线拐角规则设置对话框,3设置布线工作层,图9-30 布线层规则设置对话框,双击Routing Layers（布线层）选项，将弹出如图9-30所示的布线层规则设置对话框。,Rule Attribute：该项用于设定自动布线时所使用的布线层以及对应层的走线方式。,4设置布线优先级 双击Routing Priority选项，将弹出布线优先级设置对话框。,5设置布线的拓扑结构 双击Routing Topology选项，将弹出布线拓扑规则设置对话框。,6设置过孔类型 双击Routing Via-Style选项，将弹出布线过孔类型设置对话框。,各个工作层布线的走向方式有Not Used（不使用）、Horizontal（水平方向）、Vertical（垂直方向）、Any（任意方向）等11种。采用双面板和多层板时，一般默认设置TopLayer（顶层）为Horizontal，BottomLayer（底层）为Vertical。当我们需要作单面板时，应把TopLayer设为Not Used，BottomLayer设为Any。本例中我们设置成为单面板。,图9-34 布线宽度设置对话框,7设置走线宽度,Rul