大专毕业论文——基于Multisim与Protel软件联合设计PCB板的研究.docVIP

【摘要】 EWB软件在电子电路仿真方面直观、易用，拥有功能强大的虚拟仪表。Prorel软件在印制电路板方面有着与其它软件相比，得天独厚的优越性。尽管两个软件都可以进行仿真和PCB设计，但人们更青睐于使用Multisim强大的电路仿真功能，而使用PROTEL的制作印制电路板的功能。两者结合在一起灵活使用，相互兼容，将成为电子设计自动化的最佳方式。但二者并不能直接兼容，要通过修改网络表来实现两个软件的联合运用。本文通过研究与实验,在计算机上应用Multisim软件对电子电路进行仿真设计。仿真成功后,输出电路网络表文件,在Protel软件中设计出印制电路板,解决了两个软件的相互连接与兼容问题。【关键词】：Multisim；Protel；PCB设计；网络表文件；电子电路仿真。ABSTRACT EWB software in the areas of electronic circuit simulation visual Have powerful Virtual Instrument. Protel software in the printed circuit board share compared with other software. Unique advantages. Though two software all can carry on imitating to really design with PCB, people more the favor imitates true function, but uses a Protel creation to print function of making the circuit board in the strong electric circuit of the usage Multisim. Both combine a together vivid usage, mutually and permit, will become an electronics design the best way of the automation. However , they do not directly compatible, to amend the network acquired through the table to achieve the two joint application software. This article through the research and the experiment, carries on the simulation design on the computer using the Multisim software to the electronic-circuit. After the simulation success, the output circuit network table document, designs PCB with the Protel software. This study has ingeniously solved two software joint and compatible problems.【KEY WORD】: Multisim；Protel；PCB design；network table；Electronic circuit simulation.目 录一、引言 1页二、软件介绍 2页（一）Multisim 8软件功能简介 2页（二）Protel 99se各模块功能介绍 2页三、OTL低频功率放大器电路的设计 3页（一）Multisim 8中建立仿真电路，输出网络表 3页（二）Protel中修改网络表 5页（三）采用向导建立PCB文件 8页（四）导入网络表 9页（五）载入元件和手工布局 9页（六）设置布线规则进行自动布线 10页四、总结 11页五、参考文献 11页六、致谢 11页一、 引言随着科技的不断进步和电子化产品的日益普及，电子产品的规模和体积有了巨大的变化。各种复杂电路不断出现，体积不断缩小，产品更新的速度不断加快。这些新的变化使得电路的设计工作变得日益复杂和繁重。电子产品设计时使用常规的人工方法，要耗费大量的人力和财力。计算机硬件和软件的发展，使得它应用到各个领域。电子设计自动化（Electronic Design Automatic，简称EDA）得到了快速发展，大大减轻了设计压力，缩短了设计开发时间，是电子开发人员必须掌握的技术。Multisim软件是由加拿大Interactive Image Technologies公司开发的一种功能强大的设计软件，具有数字及混合信号模拟仿真功能、多种虚拟仪器和多种电路分析功能，可实现产生网络表文件及印刷板层次的电路设计。Protel软件是制作电路板的常用软件，本文就使用EWB产生网络表，用Protel软件调用网络表并实现布线的过程以及对其中所遇到的问题，提出解决方案，以缩短设计周期。 运用Multisim实现电路仿真和布线的设计流程如图1所示。其中前4步骤可以反复进行，以帮助设计人员了解方案的可行性，研究电路性能，进行参数调整，直至达到满意结果。若需设计电路板，可用EWB生成网络表，并根据需要，转换为相应版本软件的网络表格式，并用相应软件设计电路板。用EWB实现仿真、用Protel实现布线时，必须用EWB生成Protel网络表格式。我们在对整个设计流程了解清楚的同时，也要对Multisim 和Protel这两个软件具有的一些功能有所了解。二、 软件介绍（一）Multisim 8软件功能简介Multisim 8软件是一个完整的电子设计工具软件，他具有如下功能： 提供了一个庞大的元件数据库：软件提供了5000多种元件/模型（教育版），并可以将各种新元件的Spice库文件导入该元件，用户还可以建立自己的元件库。 完整的模拟/数字混合仿真：用户不但可以对模拟元件进行仿真，而且可以对模拟电路、数字电路及混合电路进行仿真。 电路原理图编辑功：Multisim 8软件的元件都采用可视化的工具栏进行选择，使用相当方便；软件还有子电路的功能和电路加密功能，使用更加灵活。 强大的分析功能：软件提供了十几种电路的分析手段，可帮助设计师对电路进行分析。 强大的虚拟仪器功能：软件提供了双踪示波器、逻辑分析仪、波特图示仪及数字式万用表等十多种虚拟仪器，其友好、逼真的界面和在实验室中亲手操作仪器一样，并且可以将测试的结果加以保证，用于数学非常方便。 可以与电路板设计软件无缝连接：Multisim 8软件的设计结果可以方便地导出到电路板设计软件中进行电路板布线。 远程控制功能：Multisim 8软件支持远程控制功能，不仅可以将Multisim 8软件的界面共享给其他人，使其他人在自己的计算机上看到控制者的操作情况，而且可以将控制权交给其他人，让其他人操作该软件，这样可以实现交互式教学，是进行电子线路教学的理想工具。 由于Multisim 8结合了电路设计、仿真和可编程逻辑器件的设计，所以在从设计到生产的过程中，Multisim 8提供了设计师所需要的所有高级功能，设计师可放心地去创新设计，而无须去学习更多的EDA软件，也无须去解决相互之间的数据转换问题。（二）Protel 99se各模块功能介绍1. Schematic 99se基于Windows平台的Protel 99se中的多功能高效率的原理图设计模块Schematic 99se是一个功能完备的多图纸层次化的原理编辑器。它包含快速设计录入、自动连线、多接口输入输出等高级工具，提供了6万多个原理图符号，可以高效实现电子产品从设计构思到电学设计的完整过程。2. PCB 99sePCB 99se中的以“规则驱动”为核心、功能强大的PCB设计模块PCB 99se为用户提供了一个交互友好和功能强大的PCB设计环境，无论新用户还是有经验的老用户都能尽情地发挥自己的设计空间。在PCB 99se中，PCB的物理规则定义和工艺特性要求都可以由设计参数来全面控制。这种参数化设计代表了当今CAD发展的潮流。3. Route 99seRoute 99se中的自动布线器模块Route 99se是一个完全集成的基于形状（Shape-based）的无网络自动布线器。布线效率高，使用方便，布线质量能达到专业设计者的水平。其综合布线能力完全可与传统工作站上的大型EDA软件相媲美。4. Integrity 99seIntegrity 99se中的先进的信号完整性分析模块Integrity 99se拥有世界领先水平的信号完整性分析技术，提供非常精确的板级物理信号分析。它可以检查出串扰、过冲、下冲、延时和阻抗等问题，并能自动给出具体解决方案。在高速电路和可能存在EMC/EMI（电磁兼容）的设计中，起到举足轻重的作用，能大大缩短设计周期，降低设计成本。5. SIM 99seProtel 99se中的高级数模混合电路信号仿真系统SIM 99se模块是一个基于最新Spice3.5/xSpice标准的仿真器，并与Protel 99se的原理图设计环境完全集成，为用户的设计前端提供了完整、直观的解决方案。6. PLD 99seProtel 99se中的通用可编程逻辑器件设计模块PLD 99se是一个集成的PLD开发环境，可使用原理图或CUPL硬件描述语言作为设计前端，全面支持各大厂家器件，集成有PLD功能的仿真和工业标准JEDEC输出，为所有PLD和CPLD设计者提供了通用、便捷的解决方案。三、 OTL低频功率放大器电路的设计Multisim是目前高校和科研部门中应用最多的电子电路仿真软件，他有极强的仿真功能，界面友好，形象的“虚拟仪表”，使它成为迄今为止使用最方便，最直观的仿真软件之一。Protel是在TAGO基础上发展起来的一种印制电路版（PCB）设计的首选软件，在我国有许多生产、科研单位用其进行印制电路版设计。1999年，Protel Technolog公司推出了功能更加强大的EDA综合设计环境的Protel 99。尽管两个软件都存在与之兼容的制板和仿真软件，然而许多人更青睐于使用Multisim 8进行设计电路仿真，成功后使用Protel 99se进行电路板设计。两个软件连接是通过格式相互兼容的网络表实现的。而二软件含有元件封装型式，互不兼容，因而，如何准确改变网络表中使用的元件封装成为设计研究的关键。本文通过对OTL低频功率放大器电路的设计流程的阐述来展现整个设计流程。设计流程如下：（一） Multisim 8中建立仿真电路，输出网络表一般的放大电路主要是对信号的幅度进行不失真的放大，这时晶体管工作于小信号工作状态。对于功率放大器要求放大器有甲类、乙类（OCL、OTL和变压器输出）。随着技术的发展，美国TI公司推出了D类的低频功率放大器。 图2 OTL低频功率放大器电路原理图1. 在Multisim 8设计窗口中建立设计电路的原理图，图2即为OTL低频功率放大器的仿真电路图。 OTL低频功率放大器是采用电源互补对称原理的电路，图中Q1和Q2组成互补对称电路输出级。静态时，一般只要R1、R2有适当的数值，就可以使ICS、VB2达到最小，给Q1和Q2提供一个合适的偏置，从而使节点6的点位V6=Vcc/2。当有信号Vi时，在信号负半周，Q1导电，有电流通过负载R3，同时向C3充电；在信号的正半周，T2导电，则已充电的电容C起着图中电源-V1的作用，通过负载R3放电，如图所示只要常数R3足够大（比信号的最长周期还大得多），就可以认为电容C和一个电源Vcc可代替原来的+V1和-V1两个电源的作用。2. 仿真时，先将开关J1断开，观察放大器工作于乙类工作状态时的输出和输入电压波形。图3所示为功率放大器工作于乙类工作状态时的电压波形。此时，输出电压图3交越失真波形的波形产生了交越失真。3. 将开关J1合上，观察输入和输出的波形，与上步观察的内容进行比较。如图4所示为功率放大器工作在甲乙类工作状态时的电压波形。这才是被放大了的完整的不失真的输出波形图4不失真的输出波形4. 输出网络表文件选择菜单：Transfer/ Transfer to other PCB layout命令，保存类型选择Protel PCB（*NET）。输入网络表文件名，选择网络表文件保存地址。（二） Protel中修改网络表1. 在Protel软件中建立工程文件，并在其中打开刚才在Multisim中产生网络表文件，将主要部分内容剪辑如下D1DO-351N4001 R3RES0.251.0kOhm_5% D2DO-351N4001 R2RES0.252.0kOhm_5% R1RES0.252.0kOhm_5% C3CAP510uF C2CAP510uF C1CAP510uF J1DIPSW1HDIPSW1.该网络表尽管是Protel格式，但其元件描述中的封装仍保留Multisim形式，用protel99se导入网络表时出错。因此我们就需要对网络表进行修改。一般的网络表分为两部分内容：用表示的元件信息和用（）表示的引脚连接信息。元件信息中一般包括三部分内容，如这里内的信息由元件在原理图中的编号，元件封装和元件的类型名称。而对比两个软件的网络表，我们不难发现，它们的区别在于元件信息中元件封装这一栏的区别，而在加载网络表的时候Protel是利用网络表中元件封装名与封装库里的元件封装名一一对应的关系，从而把封装形式调用出来的，因此不同的封装名称使得两种软件无法立即兼容，需要更改封装名称。2. 按Protel形式封装修改网络表中存在的Multisim形式元件封装，修改后的网络表如下所示。D1DIODE-0.4（修改前为：DO-35）1N4001 R3AXIAL0.4（修改前为：RES0.25）1.0kOhm_5% D2DIODE-0.4（修改前为：DO-35）1N4001 R2AXIAL0.4（修改前为：RES0.25）2.0kOhm_5% R1AXIAL0.4（修改前为：RES0.25）2.0kOhm_5% C3RAD0.2（修改前为：CAP5）10uF C2RAD0.2（修改前为：CAP5）10uF C1RAD0.2（修改前为：CAP5）10uF J1KAIGUAN（修改前为：DIPSW1H）DIPSW1（三） 采用向导建立PCB文件采用向导创建电路板。在Protel中运行菜单File/New命令，选择Wizards标签下：Printed Circuit Board Wizard（印制电路板向导）进入向导程序。1. 选矩形板（Rectangular）,输入宽、高尺寸，去掉切角选项：Corner cutoff Inner cutoff。2. 电路板层数设置对话框：如设计单面布线板，则选双面板、通孔、不带盲孔3. 布线技术选择：选主要含插接件，相邻焊盘间元件允许通过线路数为两条。4. 进入电路板规则参数设置页面：设置参数按需要添入图中。5. PCB规划完成，点击Finish，生成相应的PCB设计文件自动打开。电路板的板框如图5所示。 图5 采用向导建立的PCB板框（四） 导入网络表1.在PCB设计文件界面，执行菜单Design/Load Nets载入网络表命令2.修正载入网络表时的所有错误，直至出现All macros validated，如图6所示。图6 网络表载入对话窗口（五） 载入元件和手工布局PCB元件是指元件的外形，也就是元件的封装。尽管Protel 99se内置的元件封装库已经相当完整，但由于科学技术的飞速发展，新型元件的不断涌现，有时在已有的元件封装库内找不到元件封装的情况。遇到这种情况，就是靠用户自行创建新的元件封装了。Protel PCB提供了一个功能强大而完整的工具程序元件封装库编辑器来负责建构元件封装的工作。在整个Protel 99se系统中，它是Protel 99se服务程序所提供的一个文件编辑器。在OTL低频功率放大器电路中开关的封装在封装库里不能找到，这时就要在元件封装库编辑器里自行创建了。在点击网络表载入PCB的设计对话窗口下方的“Execute”按钮以后，成功载入网络表，成功将PCB元件信息和网络连接信息装载到PCB设计文件中。如图7所示。图7 成功载入网络表元件添加进来由于电脑布局处理的效果总是不太理想，仍需要人工做较大的改动。布局对于制作电路板来说是关键的一步。布局是否合理直接影响到整个电路的可靠性和稳定性。因此花一定的时间去做好布局的工作是非常重要的。图8是人工布局后PCB电路图，电路板的布局较为合理，可以加快布线的速度，同时也大大提高电路板的抗干扰性能。图8 进行人工布局后的板框（六） 设置布线规则进行自动布线接下来就是设置布线规则，准备布线。为了实现单层布线，在这里我们把Design/Rules/Routing页面Edit Rule标签下Rule Attributes区中“Top Laver”设置为“Not Used”,并将布线宽度加粗。设置好各个布线