印制电路板设计 (12).pptx

学习情境 2 PCB设计 任务三、PCB的自动化设计第1页/共55页能力目标能力目标 了解印制电路板的设计流程;掌握自动布线法设计PCB的方法和步骤.知识目标 能用自动布线法设计PCB单、双层板 教学目标第2页/共55页 PCB自动化设计就是将原理图绘制、板框规划、元件布局、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。PCB自动化设计概述第3页/共55页设计思路及步骤设计思路及步骤1、原理图设计2、建立网络表3、新建PCB设计文档 5、工作层面的管理6、环境参数的设置7、规划电路板8、添加元件封装库（自定义元件封装库）9、装入网络表，自动调入元件封装10自动布局，手工调整11、设置自动布线规则12自动布线13、手动调整14、布线规则检查(DRC)4、PCB编辑器工作环境及设置15、报表文件输出16、电路板的立体效果图返回第4页/共55页10-1 任务及要求 设计两级共射放大电路（如图1所示）的单面PCB板，如图所示。PCB板的电气边界为2200mil1600 mil，一般线宽为20mil，信号线、电源线和地线的宽度为40mil。共射放大电路元件见表所示。第5页/共55页图 1 两级共射放大电路原理图第6页/共55页表1 两级共射放大电路的元件表元件标号元件标称值或型号元件封装C1、C2、C410uRAD0.1C3、C51uRAD0.1J1、J2、J3CON2SIP2R130kAXIAL0.3R2、R520kAXIAL0.3R36.2kAXIAL0.3R42.7kAXIAL0.3R615kAXIAL0.3R74kAXIAL0.3R81kAXIAL0.3VT1、VT29013TO-5第7页/共55页1 1、原理图设计、原理图设计返回图 1 两级共射放大电路原理图第8页/共55页2 2、创建网络表、创建网络表创建网络表网络表第9页/共55页3 3、新建、新建PCBPCB设计文档设计文档第10页/共55页3、新建PCB设计文档返回第11页/共55页4、PCB编辑器工作环境及设置 我们是设计双面版，这里采用默认即可返回第12页/共55页5 5、工作层面的管理、工作层面的管理I.创建机械层 选择命令Design/Mechanical Layers，弹出图示的对话框，选取Mechanical4，并且选取Visible（可见）第13页/共55页II.工作层面设置选择Design/Options命令，出现图所示的对话框，打开Layers选项卡，进入电路板工作层面设置。设置显示顶层和底层设置显示机械层设置显示顶层丝印层设置显示禁布线层返回第14页/共55页6 6、环境参数的设置、环境参数的设置PCB系统参数设置包括光标设置、格点设置、板层颜色设置、显示设置、系统默认设置等。选择Tools/Preference命令，出现右图设置系统参数的对话框。共有6个选项卡返回第15页/共55页7 7、规划电路板、规划电路板 进入PCB编辑界面后，首先规划电路板。在板层显示状态栏单击KeepOutLayer标签，将当前板层切换到禁止布线层。选择Place/Keepout/Track命令，或单击放置图件工具栏图标，在禁止布线层上放置导线，划出电路板电气边界，结果如图所示。返回第16页/共55页8 8、添加元件封装库（自定义元件封装库）、添加元件封装库（自定义元件封装库）进入PCB编辑界面，先单击Browse PCB（元件管理器），在其下拉按钮选择其中的Libraries，单击Add/Remove（添加或删除元件封装库）按钮，出现右图所示窗口，添加 需要的元件封装库返回第17页/共55页9、装入网络表，自动调入元件封装I.选择菜单Design/Load Nets命令，单击 Browse按钮，将出现如图所示选择网络表文件对话框，选中网络表文件单击OK加载网络表第18页/共55页2级放大电路网络表第19页/共55页II.装入网络表，自动调入元件封装III.检查并排除装入网络表时的错误 注意：电路中的元器件所用封装一定要和已添加的封装库中的封装保持一致！第20页/共55页IV.IV.网络表时常见错误及其含义在装入网络表时常见错误及其含义如表下所示。当出现错误时，要看清楚错在哪里，找出原因。一般情况下，先检查一下所需要的封装库是否都打开，再回到原理图中修改有错元件的封装或者网络连接的错误，重新生成网络表，再次在PCB图中装入网络表，直至装入网络状态栏显示All macros validated。提示信息含义A.Footprint not found in libraryB.Component not foundC.Component already existsD.Net not foundE.Net already existsF.Warning Alternative footprint xxx used instead ofA.使用当前封装库中不存在的元使用当前封装库中不存在的元件封装件封装B.引用不存在的元件引用不存在的元件C.添加已经存在的元件添加已经存在的元件D.引用不存在的网络标志引用不存在的网络标志E.添加已经存在的网络标志添加已经存在的网络标志F.缺少元件封装，但系统自动用缺少元件封装，但系统自动用xxx封装代替封装代替第21页/共55页V.V.自动调入封装单击Execute按钮，系统自动装入所有元件封装以及网络表。当正确引入网络表后，所有元件及其连接关系都会自动调入PCB编辑界面，返回第22页/共55页10、自动布局，手工调整I.元件布局参数设置 元件布局栅格设置捕捉栅格越小，元件排列越紧密。第23页/共55页10、自动布局，手工调整I.元件布局参数设置 字符串显示临界值显示参数设置字符串显示临界值第24页/共55页10、自动布局，手工调整I.自动布局参数设置设置元件间距设置元件可旋转为转角度设置部分网络优先级 设置元件放置层 第25页/共55页II.自动布局单击Tools/Auto Placement/Auto Placer命令，选中Cluster Place,单击OK群集布局，少于100个元件时 快速放置选项 统计布局，大于100个元件时 自动布局第26页/共55页II.II.布局过程单击OK后开始自动布局，布局过程如图示第27页/共55页III.III.手工调整返回设置推挤深度第28页/共55页III.III.手工调整返回自动推挤第29页/共55页III.III.手工调整根据元件布局原则，参考电路原理图进行手工调整，手工调整元件后，结果如图所示。返回 两级共射放大电路PCB图第30页/共55页第31页/共55页11、设置自动布线规则在自动布线之前，要设置一些规则，如导线宽度、安全间距和平行线间距等，布线规则设置是否合理直接影响布线的成功率和电路板的性能。（1）设置安全间距选择Design/Rules命令，将出现如图所示的Design Rules对话框。修改间距,这里我们设置成0.3MM 第32页/共55页（2 2）设置铜膜导线拐角方式在列表框中选择Routing Corners（铜膜导线拐角方式），单击Properties按钮，出现转角规则属性对话框，单击下拉列表框，出现三种导线转角方式：90、45和Rounded。本例中选择45转角方式。修改铜膜导线拐角，这里可以采用默认设置第33页/共55页（3 3）设置布线板层规则在列表框中选择Routing Layers（布线板层规则），可以设置自动布线时各板层上铜膜导线的方向。如图示，双面板一般采用Horizontal和 Vertical方向走线。本例中也采用这种方式。设置自动布线时各板层上铜膜导线的方向单层板顶层选：底层选第34页/共55页（4 4）设置布线优先级规则在列表框中选择Routing Priority（布线优先级规则），可以设置自动布线的先后顺序。单击Add按钮添加新规则，单击Filter Kind右边的下拉按钮，选择Net 在下拉列表框中选择GND，然后将右边的优先级由0级改为2级（数字大优先级高）。同样的方法可将VCC的优先级设置为1级。这样自动布线时计算机就会优先布设地线和电源线。设置优先级第35页/共55页（5 5）设置铜膜导线线宽规则在Rule Classes列表框中选择Width Constraint（铜膜导线线宽规则），可以设置导线的宽度。单击按钮Properties，设置整个电路板的普通导线宽度设置导线宽度，最小为10mil，最大为50mil，电源、地线为40mil，其它为20mil第36页/共55页设置导线宽度，添加电源、地线为40mil，其它为20mil。第37页/共55页（6 6）设置其它布线规则在Rule Classes列表框中，Routing Topology用于设置自动布线拓扑规则；Routing Via Style 用于设置自动布线的过孔类型；SMD Neck-Down Constraint用于设置SMD焊盘在连接导线处被截断的焊盘宽度与导线的比例；SMD To Corner Constraint用于设置SMD焊盘与导线拐角处的间距大小；SMD To Plane Constraint 用于设置在电源层中，SMD焊盘与过孔间的最短布线长度；这些本例中都采用默认方式。拓扑规则过孔类型设置SMD焊盘在连接导线处被截断的焊盘宽度与导线的比例设置SMD焊盘与导线拐角处的间距大小设置在电源层中，SMD焊盘与过孔间的最短布线长度返回第38页/共55页12、自动布线选择菜单Auto Route/All命令，出现图示自动布线设置对话框。选中Pre-routes复选框，锁定所有的预布线，这样可以避免自动布线影响前面的手工预布线。第39页/共55页单击Route All按钮，系统开始自动布线，屏幕不断变化，显示自动布线的过程。布线完成后，系统给出自动布线的布通率、所有连接数、未布线数、布线所花时间等信息 返回布通率所有连接数未布线数布线所花时间第40页/共55页13、手动调整自动布线后有些地方还要手动修改一下，如与电源或接地有关的线路线宽可以适当加粗，最后要在电路板适当的位置放置安装定位孔，并在机械层1或4画出电路板的最终边界。经手工修改后，最后结果如图右所示。返回第41页/共55页14、布线规则检查(DRC)手工修改完成后，选择Tools/Design Rule Check命令，检查布线结果是否符合用户设置的自动布线规则要求，包括两个选项卡，Report和On-Line。On-Line表示以在线的方式检查设计规则，Report表示检查的结果以报表显示。对话框显示了DRC检查的各种规则。表示以在线的方式检查设计规则表示检查的结果以报表显示第42页/共55页单击Run DRC按钮，系统开始布线规则检查，生成.DRC文件，并打开它。这时电路板相应的地方会以高亮度显示违规的图件返回违返设计规则检查结果短路网络联接中断违反安全间距违返过了尺寸规则第43页/共55页15、报表文件输出设计完成后，可以从Reports菜单下了解设计的有关信息。如图4-70所示，选择Reports/Board Information命令，出现图4-71所示对话框，显示电路板尺寸、焊盘数、过孔数、导线数等数据。第44页/共55页上图单击Report按钮，将出现左图所示对话框，单击All On按钮，再单击Report按钮，系统将生成电路板信息报表文件，如图右图。返回第45页/共55页16、电路板的立体效果图利用Protel99 SE的3D显示功能，可以看到电路板的立体效果图。在PCB编辑界面中选择View/Board 3D命令或单击主工具栏图标，系统将显示当前PCB板的三维立体效果，如图所示。返回第46页/共55页第47页/共55页PCB设计技巧PCB图设计中还有一些技巧，可以改善电路板的性能。这一节我们学习补泪滴、矩形填充、多边形平面填充等技巧。一、补泪滴Selected Objects勾选，则对选中元件补泪滴，不选，对所有元件补泪滴第48页/共55页补泪滴前的效果补泪滴后的效果第49页/共55页二、矩形填充放置矩形填充是在电路板空白的地方放置矩形的金属填充块。矩形填充块将整个矩形区域以敷铜全部填满，被覆盖的导线、焊盘、过孔等都连在一起，要避免出现这种情况。选择填充在哪个层在空白区绘制一矩形绘制后效果第50页/共55页二、矩形填充放置矩形填充是在电路板空白的地方放置矩形的金属填充块。矩形填充块将整个矩形区域以敷铜全部填满，被覆盖的导线、焊盘、过孔等都连在一起，要避免出现这种情况。选择填充在哪个层在空白区绘制一矩形绘制后效果第51页/共55页三、多边形平面填充矩形填充块在线路密集的地方不便放置，这时可以放置多边形平面填充。它可以绕开填充区内的具有电气连接的图件，还可以设置成与地线等网络连通，对电路板起屏蔽的作用。在高频电路中放置多边形平面填充可以改变电路的分布参数，要适当使用。选择与之相连的网络 选择填充在哪个层选择多边形平面填充导线 栅格大小、线宽及所在层 第52页/共55页填充前的效果图依红线画多边形填充后的效果图返回第53页/共55页 谢谢 谢谢第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页