《電路仿真與PCB設計》課件第4章

4.1概述

4.2系統(tǒng)設計流程

4.3設計環(huán)境

4.4設計管理器

4.5電路圖環(huán)境參數(shù)設置

第4章Protel99SE簡介

4.1.1Protel99SE的組成

1.電路設計系統(tǒng)

電路設計系統(tǒng)主要包括以下內容：

●電路原理圖設計系統(tǒng)(AdvancedSchematic99)：包括用于繪制、修改和編輯電路原理圖的原理圖編輯器，用于修改、生成原理圖零件的零件庫編輯器和各種報表生成器。4.1概述

●印刷電路板設計系統(tǒng)(AdvancedPCB99)：包括用于設計電路板的印刷電路板編輯器、用于修改和生成零件封裝的零件庫編輯器和電路板組件管理器。

●自動布線系統(tǒng)(AdvancedRoute99)：包含一個基于形狀(Shape-based)的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設計的自動化。

2.電路仿真與PLD系統(tǒng)

電路仿真與PLD系統(tǒng)主要包括以下內容：

●電路仿真系統(tǒng)(AdvancedSIM99)：包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號仿真。

●可編程邏輯設計系統(tǒng)(AdvancedPLD99)：包含一個有語法處理功能的文本編輯器，編譯和仿真設計結果的PLD，以及用來觀察仿真波形的波形編輯器。

●信號完整性分析系統(tǒng)(AdvancedIntegrity99)：提供了一個高級信號完整性仿真器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數(shù)、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。4.1.2Protel99SE的主要功能特點

Protel99SE的主要特點如下：

●系統(tǒng)運行穩(wěn)定而且高效。

●使用綜合設計數(shù)據(jù)庫，為用戶提供一個良好的設計平臺。

●使用設計管理器統(tǒng)一管理文檔。

●使用網(wǎng)絡設計組，實現(xiàn)基于異地設計的全新設計方法。

●優(yōu)越的混合信號電路仿真。

●簡便的同步設計。

●精確的信號完整性分析。

●資源豐富的原理圖元件庫和PCB封裝庫。

●新增加了自動布局規(guī)則設計功能，增強的交互式布局和布線模式。

●繼承的PCB自動布線系統(tǒng)使用了最新的人工智能技術。4.2.1電路原理圖的設計步驟

電路原理圖的設計是整個電路板設計的基礎，電路原理圖設計的好壞將直接影響到后續(xù)工作的進行。下面簡單介紹電路原理圖的設計流程，如圖4-2所示。

1.建立原理圖文件

首先建立設計數(shù)據(jù)庫文件(擴展名為.ddb)，并在其中新建原理圖文件(擴展名為.sch)。4.2系統(tǒng)設計流程圖4-1電路板設計流程圖4-2電路原理設計流程

2.設計環(huán)境設置

用戶不僅可以根據(jù)電路的復雜程度和所要求的圖紙規(guī)范來設置紙張的大小、方向、標題欄的格式等圖紙參數(shù)，而且還可以根據(jù)需要設置原理圖的設計信息，包括公司名稱、設計者的姓名和制圖日期等。另外，設計環(huán)境還包括設置格點和光標的大小和類型等。一般情況下，大多數(shù)參數(shù)均可采用系統(tǒng)默認值，設置之后無須修改。

3.加載原理圖元件庫

將用戶所需原理圖元件庫加載至設計管理器中，以便查找。

4.繪制原理圖

繪制原理圖主要包括放置和調整元件、設置元件的屬性以及元件的連線等步驟。首先，按照清晰、美觀的設計要求，將元件放置到合適的位置；然后，對元件的序號、封裝形式和型號等屬性進行定義與設置；最后是元件的連線及調整，用戶可以利用Protel99SE的各種工具和命令，將事先放置好的元件用具有電氣意義的導線、網(wǎng)絡標號等連接起來，使各元件之間具有符合設計的電氣連接關系。

5.電氣規(guī)則檢查

初步繪制完成的原理圖難免存在一些錯誤，Protel99SE提供的校驗工具能夠幫助用戶對電路原理圖進行電氣規(guī)則檢查，保證原理圖的正確無誤。

6.生成網(wǎng)絡表及其他報表文件

網(wǎng)絡表是電路板自動布線的靈魂，也是電路原理圖設計系統(tǒng)與PCB設計系統(tǒng)之間的橋梁和接口。網(wǎng)絡表可以直接由電路原理圖生成，也可以從已布線的PCB文件中獲取，將兩種方法獲得的網(wǎng)絡表進行比較，可以核對查錯。

7.原理圖文件的保存及打印輸出

電路原理圖繪制完畢后，除了應當在計算機中進行必要的保存外，往往還需要將電路原理圖打印輸出，以方便設計人員進行校對、參考和存檔。4.2.2PCB設計的一般步驟

PCB設計的一般步驟如圖4-3所示。

1.建立PCB文件

在設計數(shù)據(jù)庫文件(擴展名為.ddb)中新建PCB文件(擴展名為.pcb)。

2.規(guī)劃電路板

在繪制電路板之前，用戶首先要做的就是對所要繪制的電路板進行初步的規(guī)劃。比如，要綜合系統(tǒng)的性能、成本及應用場合等多方面因素，來考慮是采用面板的層數(shù)，電路板需要多大尺寸，元器件采用什么樣的封裝形式，以及元器件的擺放位置等。對于優(yōu)秀的設計者來說，這一步是必不可少的，它將直接影響到后續(xù)工作能否順利展開。圖4-3PCB設計流程

3.設置PCB環(huán)境參數(shù)

電路板環(huán)境參數(shù)設置主要包括對元器件的布置參數(shù)、板層參數(shù)和布線參數(shù)等進行適當?shù)脑O置。其中有些參數(shù)可以直接采用系統(tǒng)默認值，有些則必須根據(jù)設計要求自行設置。

4.裝載網(wǎng)絡表及元件封裝庫

裝載網(wǎng)絡表是整個PCB設計中非常重要的環(huán)節(jié)。因為網(wǎng)絡表是電路板自動布線的靈魂，也是電路原理圖設計系統(tǒng)與PCB設計系統(tǒng)之間的橋梁和接口。每個元件都必須具有相應的封裝，才能夠實現(xiàn)自動布線，而元件的封裝說明是包含在網(wǎng)絡表文件中的。因此，只有將網(wǎng)絡表和元件封裝庫全部裝入后，才能夠開始PCB自動布局和布線。

5.元件布局

盡管Protel99SE可以自動布局，但不可能完全滿足設計要求，用戶還需對元件的位置進行必要的手工調整，以便進行后續(xù)的布線工作。

6.電路板布線

電路板布線有自動布線和手工布線兩種基本形式。Protel99SE的自動布線功能十分強大，只要各種參數(shù)設置合理，元件位置布局得當，自動布線的成功率幾乎可以達到100%。但是，由于算法的限制和用戶要求的不同，自動布線難免存在著不盡如人意的地方，這就需要設計人員進行手工調整。手工調整的效果因人而異，主要依賴于設計人員經(jīng)驗的積累。

7.設計規(guī)則檢查

布線完畢后，對電路板進行設計規(guī)則檢查(DRC，DesignRulesCheck)，以確保電路板符合用戶事先設置的布線規(guī)則，并確保所有網(wǎng)絡的正確連接。

8.?PCB文件的保存及打印輸出

完成布線后，用戶應及時保存PCB文件，并根據(jù)需要將其打印出來。

Protel99SE的啟動方法十分簡單。雙擊桌面上的Protel99SE圖標或單擊開始菜單中的圖標即可。如圖4-4所示為程序的啟動界面。4.3設計環(huán)境圖4-4Protel99SE啟動界面執(zhí)行上述啟動命令后，顯示的是設計瀏覽器界面，如圖4-5所示。設計瀏覽器由菜單欄、工具欄、設計管理器、工作窗口、狀態(tài)欄和命令狀態(tài)欄組成。菜單欄工具欄設計管理器工作窗口狀態(tài)欄命令狀態(tài)欄圖4-5設計瀏覽器界面其中菜單欄包括【File】、【View】和、【Help】三個下拉菜單：

【File】菜單主要用于文件的管理，包括新建和打開設計數(shù)據(jù)庫，以及退出程序，如圖4-6所示。圖4-6【File】菜單

【View】菜單是視圖菜單，包括【DesignManager】設計管理器、【StatusBar】狀態(tài)欄和【CommandStatus】命令狀態(tài)欄三個選項，如圖4-7所示。其中，【DesignManager】用于打開或關閉左邊的Explorer工作窗口；【StatusBar】用于打開或關閉設計瀏覽器最下方的狀態(tài)欄；【CommandStatus】用于打開或關閉狀態(tài)欄下面的命令狀態(tài)欄。命令狀態(tài)欄狀態(tài)欄圖4-7【View】菜單

【Help】菜單為幫助文件，方便用戶在設計時查看各種功能與使用事項。

工具欄其實就是將菜單欄中比較重要的部分單獨列舉出來，包括3個按鈕：

●用于打開或關閉設計管理器。

●用于打開一個設計數(shù)據(jù)庫文件。

●用于打開幫助文件。4.3.1創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件

從【開始】菜單中運行Protel99SE執(zhí)行程序，新建一個數(shù)據(jù)庫文件，具體的操作方法如下：

(1)選擇【File】/【New】命令，打開【NewDesignDatabase】(新建設計數(shù)據(jù)庫)對話框，如圖4-8所示。圖4-8新建設計數(shù)據(jù)庫

(2)在“DatabaseFileName”文本框中設置設計數(shù)據(jù)庫文件名稱，擴展名為.ddb。單擊【Browse】按鈕，可以選擇設計數(shù)據(jù)庫文件存放的路徑。

(3)選擇“Password”選項卡，可以切換到設置設計數(shù)據(jù)庫密碼對話框，如圖4-9所示。

(4)單擊“Yes”選項，在“Password”文本框中設置密碼，然后在“ConfirmPassword”文本框中確認密碼。單擊“No”選項，可取消密碼設置。

(5)單擊【OK】按鈕即可完成新建設計數(shù)據(jù)庫。圖4-9設置設計數(shù)據(jù)庫密碼4.3.2創(chuàng)建新文檔

創(chuàng)建新文檔包括新建原理圖、印刷電路板、文本等文件，具體操作方法如下：

(1)在設計數(shù)據(jù)庫中選擇【File】/【New】命令，打開“NewDocument”對話框，如圖4-10所示。圖4-10創(chuàng)建新文檔

(2)在“NewDocument”對話框中共有10種文件類型，不同的圖標代表不同的文件類型，如表4-1所示。表4-1文件類型

(3)選擇新建文件類型后，單擊【OK】按鈕，新文檔圖標就出現(xiàn)在文件夾中，可根據(jù)需要修改文件名，如圖4-11所示。圖4-11新文檔創(chuàng)建完畢

Protel99SE友好的工作界面使其管理起來很方便，它有一個完整的設計管理器，包括導航樹、設計窗口、主工具欄、標簽等，具體界面如圖4-12所示。用戶可以通過設計管理器中的導航樹方便地瀏覽和修改設計數(shù)據(jù)庫中的文檔和文件夾。4.4設?計?管?理?器導航樹設計窗口主工具欄欄標簽圖4-12設計管理器界面4.5.1環(huán)境參數(shù)設置

1.窗口設置

原理圖編輯器的上端是主菜單欄和主工具欄，左側是設計管理器，中間空白處為原理圖編輯區(qū)，下部為編輯狀態(tài)欄和命令顯示欄。(參見圖4-5、4-7、4-12)。

用戶可以通過【View】菜單中的命令設置主窗口。

【View】菜單中的環(huán)境組件切換：

●設計管理器的切換：【View】/【DesignManager】

4.5電路圖環(huán)境參數(shù)設置●狀態(tài)欄的切換：【View】/【StatusBar】

●命令欄的切換：【View】/【CommandStatus】

●工具欄的切換：【View】/【Toolbars】

●畫電路圖工具欄的切換：【View】/【Toolbars】/【W(wǎng)iringTools】

●畫圖工具欄的切換：【View】/【Toolbars】/【DrawingTools】

●其他工具欄的切換：【View】/【Toolbars】下其他命令

2.圖紙參數(shù)設置

圖紙有A0～A5、A～E、Letter、Legal及Tabloid等14種標準規(guī)格，圖紙大小根據(jù)電路圖的規(guī)模和復雜程度而定，設置合適的圖紙大小是設計原理圖的第一步?？梢詥螕粲益I【DocumentOptions】命令快速進入圖紙設置，或者執(zhí)行【Options】/【DocumentOptions】命令打開“DocumentOptions”對話框，再選擇【SheetOptions】選項卡進行圖紙設置。如圖4-13、4-14所示分別為標準尺寸圖紙和自定義尺寸圖紙的設置。圖4-13標準尺寸設置圖4-14自定義尺寸設置

3.格點和光標設置

利用Protel99/Sch(原理圖設計子程序)設計原理圖時，合理地設置格點的形狀、光標的形狀、是否顯示格點等，可以為放置元件、連接線路等設計工作帶來極大地方便，從而提高工作效率。

Protel99/Sch提供了Lines(線狀格點)