EDA技术基础第部分PCB自动布线

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1、机械工业出版社同名教材 配套电子教案 EDA技术基础 第2版 制作 福建信息职业技术学院 郭勇 第9章 PCB自动布线 本章要点 9 1 从原理图到印制板 9 2 元件自动布局 9 3 布线规则设置与自动布线 9 4 PCB设计技巧 9 5 印制板输出 本章要点 PCB自动布线的流程 网络表文件的调用与元件匹配 元件自动布局及调整 自动布线参数设置及自动布线 DRC检查与网络表比较 PCB输出 返回 PCB自动布线流程 PCB自动布线就是通过计算机自动将原理图中元件间的逻辑 连接转换为PCB铜箔连接 PCB的自动化设计实际上是一种半自动 化的设计过程 还需要人工的干预才能设计出合格的PCB P

2、CB自动布线的流程如下 绘制电路原理图 生成网络表 在PCB99SE中 规划印制板 装载原理图的网络表 自动布局及手工布局调整 自动布线参数设置 自动布线 手工布线调整及标注文字调整 输出PCB图 采用打印机或绘图仪输出电路板图 9 1 从原理图到印制板 以下采用图8 1所示的单管放大电路原理图为例进行说明PCB 的自动设计 图中的元件封装设置为 电阻为AXIAL0 3 电容为 RB 2 4 三极管为TO 92A 进行PCB自动布线前 应在原理图编 辑器中产生该电路的网络表 9 1 1 通过网络表文件装载元件 在Keepout Layer规划好印制板后 执行菜单Design Load Nets

3、载入在原理图设计中生成的网络表文件 屏幕弹出一个对话 框 单击 Browse 按钮选择网络表文件 net 载入网络 表 如图9 1示 单击 Execute 按钮 将网络表文件中的元件 调到当前印制板中 如图9 2所示 图9 2中 载入的元件都散开排列在禁止布线边框之外 在 Protel99SE SP6之前的版本中 元件堆积在光标处 布线前还 必须进行自动布局 9 1 2 装载网络表文件出错的修改 要保证装载的网络表正确 牵涉到的因素很多 最主要的是 元件封装是否存在 网络表是否正确及原理图的元件与PCB中的 元件封装的管脚之间是否匹配 下面以图9 3所示的二极管检波电路为例来说明在载入网络 表

4、时出错的修改方法 图示电路中 二极管的封装设置为DIODE0 4 电阻的封装设 置为AXIAL0 3 电容的封装设置为RB 1 2 在SCH编辑器中 绘制好电路图 并进行ERC检验 检验正 确后 执行菜单Design Create Netlist生成网络表文件 进入PCB99SE 规划印制板后 执行菜单Design Load Nets 屏幕弹出装载网络表对话框 选中刚生成的网络表文件 出现图9 3所示的装载信息 由图中可知 装入网络表后共发现5个错误 由于在电路图 中已经进行过ERC检验 因此错误不是电气连接上的问题 而是 在于原理图元件与PCB封装的不匹配所引起 这种错误称为网络 宏错误 分

5、为警告和错误两类 本例中 在原理图中将电容封装改为RB 2 4 重新生成网 络表 解决电容封装的错误 在PCB编辑器中将二极管焊盘编号 A K改为1 2 并重新装载网络表文件 此时所有错误消失 9 1 3 通过 更新PCB 方式由原理图产生PCB文 件 Protel99 SE中可以通过 更新PCB 方式由原理图直接产生 PCB文件 本节介绍具体的操作方法 1 在原理图中放置PCB布线指示标记 在原理图绘制中 通过放置PCB布线指示的方式 针对某些 连线预先设置印制导线宽度 过孔直径 优先级设置等布线规则 内容 这些参数设置可以包含在Protel2格式的网络表中 在PCB 设计时自动生效 在SC

6、H99SE中 执行Place Directive PCB Layout 或单 击图标 系统进入放置PCB布线指示状态 光标上带着一个红 色的布线指示标记 将光标移动到要放置标记的线路上 单 击鼠标左键放置PCB布线指示 如图9 4所示 一般在布线中对电源线和地线都要加粗一些 所以图中针对 电源线和地线增加了布线指示标记 预先进行布线规则设置 2 设置PCB布线指示属性 双击PCB布线指示标记 屏幕弹出图9 5所示的布线指示属 性对话框 用于设置印制导线宽度 过孔直径 优先级 布线 层设置等布线规则内容 对话框主要参数如下 Track Width 用于设置布线的线宽 默认为10mil Via W

7、idth 设置过孔尺寸 默认为50mil Topology 设置PCB上当前导线的走线方式 默认为 Shortest 最短连线方式 Priority 设置PCB上当前导线的布线优先权 默认为 Medium 中级 Layer 设置PCB上布线的板层 默认为Undefined 未定 义板层 板层可以在信号层 电源层和多层中进行选择 图 中选择Bottom Layer 以上参数设置好后 单击 OK 按钮确认 至此 原理图中的设置完毕 可以通过 更新PCB 方式 由原理图直接产生PCB文件 3 通过 更新PCB 方式调用元件 在原理图编辑器中执行菜单Design Update PCB 系统将产 生一个

8、新PCB文件 如果当前项目文件中已经存在PCB文件 系统 弹出图9 6所示的对话框 要求选择需要更新的PCB文件 单击 Apply 按钮 系统将更新选中的文件 单击 Create a new document 按钮 系统将自动产生一个新PCB文件 选择Create a new document 新建一个PCB文件 屏幕弹更 新PCB文件对话框 设置好参数后 单击 Execute 按钮实现 PCB同步装入 4 显示已装入的元件 导入元件后 在工作区中一般看不到导入的元件 这是因为 没有对元件进行有效的显示 执行View Fit Document显示整个 文档 屏幕将显示已导入的所有元件 如图9

9、8所示 从图中可以看出 所有元件 的管脚上都有网络飞线连接 元 件整齐地排列在PCB工作区中 由于此时PCB上还没有设置禁止 布线区 要进行自动布线 必须 手工设置禁止布线区 采用 更新PCB 方式导入 元件 已将布线指示标记中的布 线规则设置到当前文件中 此时 执行Design Rules查看布线规 则是否正确 有问题可进行修改 返回 9 2 元件自动布局 从图9 2中可以看出 载入元件后 元件排列在禁止布线框外 且为同类元件一字排开 显然这种布局是不符合实际要求的 此时需要将元件分开 放置到合适的位置上 进行元件布局 PCB99SE中提供有自动布局功能 9 2 1 元件自动布局前的处理 1

10、 布局栅格设置 执行菜单Design Options 在弹出的对话框中选择Options 选项卡 设置捕获栅格和元件栅格X Y方向的间距大小 2 字符串显示设置 在PCB设计中 缩小显示电路时 字符串经常会变为一个矩形 轮廓 这样不利于元件的识别 此时需要减小字符串的阀值参数 以保证字符串以文本形式显示 执行Tools Preferences 在弹出的对话框中选择 Display选项卡 在Draft thresholds选项区域中 减小 Strings中的字符串阀值 可以 完整显示字符串内容 3 元件自动布局参数设置 执行Design Rules 在弹图9 9 布局参数设置 出的对话框中选中P

11、lacement选项卡 屏幕出现图9 9所示的元 件布局参数设置对话框 主要设置元件间的最小间距 元件放 置的方向 分组形式进行自动布局时应忽略的网络 放置元件 的层面 限定或排斥某些特定对象的矩形区域的范围等参数 由于Protel99SE的布局效果较差 一般只能将元件散开排 列 大部分需要手工布局调整 故无需详细设置布线参数 一 般选择默认即可 9 2 2 元件自动布局 自动布局前 必须在Keep out Layer上先规划电路板的电气 边界 然后才能载入网络表文件 否则屏幕会提示出错 执行菜单Tools Auto Placement Auto Placer 屏幕弹出 自动布局对话框 如图9

12、 10所示 共有3个选项 图9 10 自动布局对话框 Cluster Placer 组布局方式 该方式根据连接关系将元件分组 然 后按照几何关系放置元件组 该方式 一般在元件较少的电路中使用 Statistical Placer 统计布局 方式 该方式根据统计算法放置元件 以使元件之间的连线长度最短 该 方式一般在元件较多的电路中使用 Quick Component Placer 快速布局 该选项只有在选中组 布局方式时有效 通常采用统计布局方式 Statistical Placer 选中后 屏幕弹出图9 11所示的对话框 可以设置元件组 元件旋转 电 源网络 地线网络和布局栅格等 图9 11

13、 统计布局方式下的自动布局设置 Group Component 选中此项 将当前网络中联系密切的元件归 于一组 Rotate Component 选中此项 在元件布局时 允许旋转元件 Power Nets 指定电源网络名 称 该项必须指定 若有多个电源 可用空格隔开 如 VCC 12 5 Ground Nets 指定地线网络名称 该项必须指定 如GND Grid Size 设置元件自动布局时的栅格间距 设置完毕 单击 OK 系统开始自动布局 完成后 弹出 一个对话框 提示自动布局完成 如图9 12所示 单击 OK 屏幕弹出一个对话框 提示是否更新电路板 单击 Yes 程 序更新电路板 退出布局

14、状态 PCB如图9 13所示 此时各元件之间存在连线 称为网络飞线 体现了节点间的 连接关系 但它不是实际连线 布线时要用印制导线来代替 显然图9 13中的元件布局不理想 元件标号 标称值的方向 也不合理 需要手工调整 在保证电气性能的前提下 尽量减少 网络飞线的交叉 以利于提高自动布线的布通率 9 2 3 自动布局后的手工调整 手工布局调整主要目的是通过移动元件 旋转元件等方法合 理调整元件的位置 减少网络飞线的交叉 1 修改不符合规范的PCB元件焊盘编号 本例中由于三极管的封装中的焊盘编号与原理图中的定义不 符 应重新定义焊盘编号 双击要修改编号的焊盘 屏幕弹出焊 盘属性对话框 在Desi

15、gnator栏中重新设定编号 修改编号后 应重新装载网络表 以保证网络飞线的正确 图9 14所示为三极管的原理图元件管脚和PCB元件焊盘编号的 对照图 2 锁定状态元件的移动 移动锁定状态的元件 屏幕弹出图9 15所示的对话框 提示是否确定移动锁 定元件 单击 Yes 确定移动元件 图9 15 移动锁定元件对话框 3 元件标注的调整 元件布局调整后 一般要相应地调整元件标注 移动和旋转 元件标注的方法与调整元件的方法相同 双击元件标注 屏幕弹出一个对话框 可以编辑元件标注 主要有Text 文字内容 Height 高度 Width 宽度 Font 字体 Layer 所在工作层面 Rotation

16、 旋转角度 Hide 隐藏 Mirror 镜像 等 元件的标注一般要保持一致的大小和方向 且元件标注不能 压在元件符号和焊盘上 图9 16 调整后的布局图图9 17 布局的3D图 经过手工调整后的布局图如图9 16所示 4 3D显示布局图 布局调整结束后 执行菜单View Board in 3D显示元件布 局的3D视图 如图9 17所示 观察元件布局是否合理 返回 9 3 布线规则设置与自动布线 在电路庞大的情况下 如果使用手工布线 不仅效率很低 难度也很大 这时可以充分利用Protel99SE强大的自动布线功能 快速有效地完成布线工作 9 3 1 常用自动布线规则设置 自动布线前 首先要设置布线规则 设计规则制定后 程序 自动监视PCB 检查PCB中的图件是否符合设计规则 若违反了设 计规则 将以高亮显示错误内容 执行Design Rules 屏幕弹出图9 18所示的对话框 此对话 框共有六个选项卡 分别设定与布线 制造 高速线路 元件自 动布置 信号分析及其它方面有关的设计规则 图中选中的是有 关布线的设计规则 Routing 在此选项卡中 Rule Classes栏 中列出了有关