电子产品设计案例教程（微课版）-基于嘉立创EDA（专业版） 课件 第8章 数字钟电路的PCB

第8章数字钟电路的PCB设计任务描述

第7章完成了数字钟电路的原理图绘制，本章将完成数字钟电路的PCB板设计。PCB设计是在设计规则的实时检测下完成的，所以本章首先介绍设计规则，开启实时DRC检测，然后介绍自动布局、手动布局；自动布线、手动布线等知识。本章包含以下内容：设置PCB板设计规则介绍原理图与PCB图的交叉选择自动、手动布局自动、手动布线8.1创建PCB板

嘉立创EDA专业版创建PCB界面有两种方式快速的创建PCB页面。在创建工程后将会默认的创建好一个原理图、图页、板子文件和PCB。顶部工具栏-点击-文件-新建-PCB

由于在创建工程时，已自动创建PCB文件，所以打开PCB即可。把原理图的信息导入到PCB时，应先检查原理图内每个元件的封装正确否。8.1.1检查元件的封装打开数字钟电路原理图，执行“工具”→“封装管理器”命令，弹出封装管理器弹窗，如图8-1所示，检查每个元件的封装正确否，如果正确执行下面的操作。图8-1封装管理器8.1.2原理图的信息导入PCB中打开数字钟电路原理图，执行“设计”→“更新/转换原理图到PCB”命令，如果原理图存在错误，会直接弹窗提醒，如标注重复，封装缺失等。若无问题将弹出确认导入信息弹窗，如图8-2所示，确认第1列元件的信息正确有图标。如果需要同时更新PCB里面的导线网络，则勾选“同时更新导线的网络”选项。图8-2确认导入信息8.1.2原理图的信息导入PCB中

编辑器会根据焊盘的网络自动更新关联的导线网络。若确认无问题点击“应用修改”即可更新PCB，原理图的信息导入PCB内，如图8-3所示。从图8-3看出，所有元件的封装是按原理图的位置布局的（自动应用了布局传递功能）。图8-3原理图信息导入PCB8.1.3绘制板框

在开始PCB设计前，可以先给板子创建板框。可以通过直接绘制和导入DXF两种方式创建板框，这里介绍直接绘制，导入DXF方式请看帮助。（1）直接绘制绘制板框可以先大致绘制，然后在PCB设计完成后，在精确调整板框。点击顶部工具栏板框图标，进入绘制模式，提供矩形、圆形、多边形三种方式的绘制；也可以执行顶部菜单命令，如下面的步骤所示。（1）直接绘制

1）顶部菜单执行“放置”→“板框”→“矩形”命令，鼠标上悬浮着一个矩形轮廓，鼠标左击坐标原点，移动鼠标到另一个点，如图8-4所示，图8-4绘制板框（1）直接绘制

点击左键，绘制的边框被选中，可以点击右边的属性面板修改边框的尺寸，如图8-5所示。图8-5属性面板修改边框的尺寸（1）直接绘制

2）添加板框的圆角，在右边属性面板，如图8-5所示，设置圆角半径为2mm，绘制好的板框如图8-6所示。图8-6初步绘制的板框（1）直接绘制

USB1连接器（Micro-B母座）放置在板子的左边边沿，PCB板需要挖槽，所以可以在图8-6的基础上挖槽。注意：一个板框内只能放置一个板框，多余的板框会转为挖槽区域。板框、铺铜区域、填充区域、挖槽区域、禁止区域的绘制方式完全相同。（1）直接绘制

3）执行“放置”→“挖槽”→“矩形”命令，鼠标上悬浮着一个矩形轮廓，鼠标左击挖槽的坐下角，然后左击挖槽的右上角，右击退出放置模式；选中挖槽区域，在右边属性面板调整挖槽区域的尺寸，如图8-7所示。图8-7PCB板上挖槽（1）直接绘制

4）由于挖槽区域上下右边没有线条，所以用户可以用折线绘制线条，选中绘制的折线，在属性面板类型处把“线条”改为“板框”，如图8-8所示。执行该操作后弹出警告信息，如图8-9所示，点击“是”，即完成边框的绘制。图8-8“线条”类型改为“板框”图8-9提示自动闭合该图形8.2设计规则

设计规则是用于设置PCB基本设计原则，在设计规则中输入一个安全设计规则，可以保证PCB的设计不会出现设计问题。在顶部菜单执行“设计”→“设计规则”命令，弹出设计规则弹窗，如图8-15所示。图8-15设置规则8.2.1规则管理

在“规则管理”标签下，可以在每一种类型的规则下新增、修改、删除规则，对没有特殊设置规则的网络，会使用默认的规则。目前有四大类规则，每个具体规则下创建有一个或多个规则，如图8-15所示。图8-15设置规则8.2.2规则编辑

需要新增规则，点击该规则右边图标，即可新增一个规则。如添加电源导线（+5V、VCC）15mil的规则，点击导线规则右边图标，新增一个名为trackWidth1的线宽规则，把名改为“电源”，线宽的默认宽度改为15mil,如图8-16所示。图8-16添加+5V线宽规则8.2.2规则编辑

注意：新增设计规则后需要重新对规则命名，注意同一个类型下规则名称不能重复。（1）默认规则左侧栏的默认规则类型下仅有一个，该规则会置顶。如果想要将某个规则设为默认规则，在该规则视图下点击“设为默认”按钮即可，如图8-18所示。（2）删除规则非默认规则支持删除，在要删除的规则视图下点击删除按钮，即可删除该规则，如图8-18所示。图8-18规则管理8.2.3间距规则

安全间距规则，通过安全间距表格，可以设置两个不同网络图元之间的间距要求。如行“导线”与列“导线”相交处的值是6mil，表示导线与导线之间的间距是6mil；如行“过孔”与列“导线”相交处的值是6mil，表示过孔与导线之间的间距是6mil，如图8-18所示。双击任意一个表格可修改规则的数值，如图8-18所示。点击表格顶部的名称可批量修改数值，如图8-19所示。图8-19点击表格顶部的名称可批量修改数值8.2.4实时DRC

开启实时DRC选项时，会弹窗提示是否执行一次DRC检查，现在选择“否”即可。在违反了规则绘制PCB时，实时DRC会在PCB中会提示错误X标记，如图8-21所示。图8-21错误X标记8.3布局在对PCB元件布局时经常会有以下几个方面的考虑。PCB板形与整机是否匹配？元件之间的间距是否合理？有无水平上或高度上的冲突？PCB是否需要拼板？是否预留工艺边？是否预留安装孔？如何排列定位孔？如何进行电源模块的放置与散热？需要经常更换的元件放置位置是否方便替换？可调元件是否方便调节？热敏元件与发热元件之间是否考虑距离？8.3.1自动布局

嘉立创EDA支持简单的自动布局功能，目前仅是体验阶段（预览版），会不断迭代更新。在顶部菜单执行命令“布局”→“自动布局”命令，自动布局开始，库面板底部显示自动布局的布通率，布局结果如图8-22所示。图8-22自动布局的结果8.3.1自动布局

自动布局会根据内置的规则进行布局，如果有绘制板框，自动布局会根据板框自动摆放元件，如果没有绘制板框，自动布局将自动生成一个最优的矩形边框，并自动布局。从布局结果看出，该布局还不符合设计要求，需要进行手动布局，在顶部工具栏上点击撤销按钮，撤销自动布局。8.2.3介绍手动布局。8.3.2原理图与PCB图的交叉选择

嘉立创拥有强大的交叉选择功能。为了方便元件的寻找，需要把原理图与PCB图对应起来，使两者之间能相互映设，简称交叉。利用交叉式布局可以比较快速地定位元件，从而缩短设计时间，提高工作效率。（1）如果当前PCB板是打开的，用户需要在另一个窗口打开原理图，在需要打开的原理图上按鼠标右键，弹出下拉菜单选择“在新窗口打开”，如图8-23所示。图8-23在新窗口打开原理图8.3.2原理图与PCB图的交叉选择

（2）当选中一个元件或元件焊盘，可以使用交叉选中功能，进行定位原理图、PCB的元件位置。如在原理图中选中“DC5V输入”模块，按快捷键Shift+X(或元件右键菜单进行交叉选中)，弹出提示对话框，如图8-24所示，点击“是”，交叉选择结果如图8-25所示，原理图选中的元件在PCB中高亮显示。图8-25原理图中选中的元件在PCB中显示图8-24

是否传递到另一个窗口8.3.2原理图与PCB图的交叉选择

（3）如果直接用鼠标点击PCB元件，原理图窗口的元件也会进行定位，但不会移动画布，使用快捷键进行交叉选中可以自动移动画布，使元件在画布中央。这样，原理图选中元件在PCB中高亮显示；反之，在PCB中选中元件在原理图中也高亮显示。原理图中选中的网络，在PCB中也高亮显示；原理图中选中的管脚，在PCB中也高亮显示。可实现动态交叉探测，即原理图选中的元件，PCB中可以直接移动布局。8.3.3手动布局布局常见的基本原则先放置与结构相关的固定位置的元件，根据结构图设置板框尺寸，按结构要求放置安装孔、接插件等需要定位的器件，并将这些器件锁定。明确结构要求，注意针对某些器件或区域的禁止布线区域、禁止布局区域及限制高度的区域。元件放要便于调试和维修，小元件周围不能放置大元件，需调试的元件周围要有足够的空间，需拔插的接口、排针等元件应靠板边摆放。结构确定后，根据周边接口的元件及其出线方向，判断主控芯片的位置及方向，先大后小、先难后易原则。重要的单元电路、核心元件应当优先布局，元件较多、较大的电路优先布局。尽量保证各个模块电路的连线尽可能短，关键信号线最短。高压大电流与低压小电流的信号完全分开；模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开。同类型插装元件或有极性的元件，在X或Y方向上应尽量朝一个方向放置，便于生产。相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局，即电路中元件的放置保持一致。电源部分尽量靠近负载摆放，注意输入／输出电路。8.3.3手动布局

根据以上原则，用户先把4个螺钉放置在PCB板的四个角上，然后把USB1连接器（Micro-B母座）放置在挖槽上，如图8-26所示，并在右侧属性面板将位置锁定。图8-26先固定螺钉与连接器8.3.3手动布局（1）元件的对齐嘉立创EDA提供了非常方便的对齐功能，可以对选中元件实行左对齐、右对齐、顶对齐、底对齐、左右居中、上下居中、对齐网络等功能操作。对齐功能是在原理图、复用图块、符号、封装、PCB都会拥有，且操作方式一致。对齐操作方法：选择需要对齐的器件-顶部菜单-布局-对齐，如图8-27所示，或顶部工具栏对齐图标，或鼠标右键弹出下拉菜单选相应功能。图8-27对齐功能8.3.3手动布局立创EDA专业版支持分布排距对齐。嘉立创EDA提供了非常方便的分布排距对齐功能，可以对选中元件实行水平等距分布、垂直等距分布、左边沿等距分布、上边沿等距分布、水平指定中心间距分布等功能操作。操作方法：顶部菜单-布局-分布或在顶部工具栏分布图标，如图8-28所示，或鼠标右键弹出下拉菜单选相应功能。图8-28分布功能8.3.3手动布局在器件对齐与等距分布时，除了框选器件，还可以按Ctrl+鼠标点击分散的器件，如图8-29所示。按顶部工具栏上的底对齐图标，选中器件底部对齐；按顶部工具栏上的水平等距分布图标，选中器件水平等距分布。图8-29选择分散的元件底对齐并水平等距分布8.3.3手动布局（2）修改封装在布局时可能发现元件的封装不合适，需要修改，返回原理图，按快捷键Alt+F，弹出封装管理器对话框，如图8-30所示。选择需要修改封装的元件，如Q1，在搜索栏输入正确的封装编号，点击搜索按钮，搜索结果如图8-30所示，点击需要的封装，在封装栏显示刚点击的封装，点击“更新”按钮即可。图8-30修改封装8.3.3手动布局

将原理图修改封装的信息更新到PCB，执行“设计”→“更新/转换原理图到PCB”命令，弹出确认导入信息弹窗，如图8-31所示，点击“应用修改”按钮即可。图8-31确认导入信息8.3.3手动布局

在手动布局时，注意晶振电路靠近芯片的晶振管脚摆放，保持走线越短越好；放置元件时，遵循该元件对于其他元件连线距离最短，交叉线最少的原则进行，可以按Space键，让元件旋转到最佳位置，再放开鼠标左键。修改封装后，手动步局的PCB板如图8-32所示。图8-32初步步局的PCB板8.4布线

8.4.1飞线

飞线是基于相同网络产生。当两个封装的焊盘网络相同时，会出现飞线，表示这两个焊盘可以通过导线连接。嘉立创EDA专业版支持器件飞线的隐藏和显示。隐藏顶部菜单-视图-飞线-隐藏全部显示顶部菜单-视图-飞线-显示，即可把隐藏的飞线显示出来。单器件飞线隐藏选中器件-顶部菜单-视图-飞线-隐藏器件飞线，点击后，所选器件的飞线会单独隐藏，如图8-33所示。图8-33隐藏器件飞线8.4.2自动布线

（1）内部自动布线立创EDA支持自动布线，目前的自动布线效果一般，需要手动再次调整，后续嘉立创将继续优化自动布线功能。在顶部菜单栏执行“布线”→“自动布线”命令，弹出自动布线对话框，如图8-34所示。

图8-34自动布线设计8.4.2自动布线

点击“运行”按钮后开始自动布线，布线过程中可以实时预览。如果布线角度是45度，布线时是以90度拐角进行布线，在最后面结束时才会优化为45度布线，布线结果如图8-35所示。在布线过程中停止布线，会保留已经完成的90度布线和过孔，不需要的话可以手动清除。

图8-35忽略GND自动布线结果8.4.2自动布线

从以上布线的结果看，有7根飞线，显然布局不合理。执行“布线”→“清除布线”→“全部”命令，清除所有的布线，重新调整布局，再进行自动布线。PCB的布局与自动布线可以配合使用，布局对布线的影响很大。如果用户觉得自动布线的效果不令人满意，可以重新调整元件布局，直到布线结果满意为止，如图8-46所示。图8-46初步布线结果（GND未布线）8.4.3自动调整位号位置

从图8-35看出位号的位置比较乱，需要调整。一般来说，位号大都放到相应元件旁边，其调整应遵循以下原则：（1）位号显示清晰。（2）位号不能被遮挡。若用户需要把元件位号印制在PCB板上，为了让位号清晰些，调整时避免放置到过孔或者元件范围内。（3）位号的方向和元器件方向尽量统一。8.4.3自动调整位号位置

在顶部菜单执行“布局”→“属性位置”命令，弹出属性位置对话框，如图8-36所示，位号的范围可以是全部元件，也可以是仅选中的部分元件；位号的位置可以是元件的上边、下边、左边、右边等，如图8-36所示。用户根据需要进行选择，按“确认”按钮即可。调整好位号的PCB板如图8-46所示。图8-36调整位号位置8.4.4手动布线

手动布线可以在自动布线的基础上进行修改，也可以撤销布线重新手动布线。（1）清除布线可以清除PCB板上的连接布线、网络布线和全部布线，如图8-37所示。图8-37布线的方式8.4.4手动布线

（2）布线角度在布线时候切换走线的角度，支持45°、90°、圆弧45°、圆弧90°、圆弧自由角度、线条自由角度。操作方法：1）顶部菜单-布线-布线拐角，如图8-38所示。图8-38布线拐角8.4.4手动布线

（3）布线宽度在PCB布线时切换已设置好的导线宽度。布线宽度设置方法：顶部菜单-布线宽度，如图8-39所示，快捷键Shift+W，布线时使用快捷键Shift+W切换常用导线宽度。图8-39切换布线宽度8.4.4手动布线

（4）移除回路如果你需要在布线过程中，自动移除导线环路进行修正布线，你需要开启移除回路功能。开启移除回路功能方法：1）顶部菜单栏-布线-移除回路2）画布右侧属性面板当移除回路打开时，绘制的导线检测到有回路时，会自动把上一个回路消除，减少手动删除的操作，如图8-40所示。移除回路会自动删除过孔。

图8-40移除回路8.4.4手动布线

（5）切换当前图层的亮度切换当前图层的亮度，将其他图层的元素变暗，单独显示当前图层的元素，可以在该图层仔细检查布线是否合理。顶部菜单-视图-切换亮度，快捷键SHIFT+S。顶部工具栏-切换亮度图标，切换为“非激活层隐藏”的效果如图8-45所示图8-45显示当前的激活层（自动布线的结果）8.4.4手动布线切换层的快捷键如下：T：切换至顶层B：切换至底层布线过程中，使用快捷键V换层可以自动添加过孔。SHIFT+S：高亮当前