protel课程设计报告——电信1006班_王扬.docVIP

武汉理工大学protel课程设计说明书摘 要随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用来越广泛。Protel在电子行业的CAD软件中，当之无愧地排在众多EDA软件的前面，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。几乎所有的电子公司都要用到它。现在比较常用的是protel 99 SE， protel DXP和最新高端版本Altium Designer等。本报告主要是分析超再生式接收电路的工作原理，并用protel软件画出原理图、并进行PCB原理图仿真。 关键词：Protel; 电路设计流程；原理图设计；印刷电路板设计；超再生式接收电路Abstract With the development of computer technology, computer software, circuit design and more widely. Protel in the electronic professions CAD software, he arranges deservingly at numerous EDA softwares front, it has the schematic diagram design, the printed wiring board (PCB), design level functions and so on schematic diagram design, report form manufacture, circuit simulation as well as logical component design, is carries on the electron to design one of most useful softwares. The nearly all electronic company must use it. What is quite now commonly used is protel 99 SE, protel DXP and newest high-end edition Altium Designer and so on. This design mainly analyse the ChaoZaiSheng type receiving circuit, and draws the schematic diagram with the protel software, and carries on the PCB schematic diagram simulation. Keywords: Protel99 SE; Circuit design process; Schematic design; Printed circuit board design; ChaoZaiSheng type receiving circuit1 引言 1.1 PROTEL概述PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。 这款最新高端版本Altium Designer 6.0除了全面继承包括99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。1.2电子线路设计的流程电子线路设计流程有三个步骤:（1）电路原理图：电路原理图就是使用电子元器件的符号以及绘制电路原理图所需的导线、总线等示意性绘图工具来描述电路系统中各元器件之间的电气连接关系的一种符号化、图形化的语言。（2）生成网络表：网络表文件是文本文件，它记录了原理图中元件类型、序号、封装形式以及各元器件之间的连接关系等信息。因此，借助网络表文件描述的元件连接关系即可验证原理图编辑过程中连线的正确性。（3）生成PCB文件：PCB 设计是电子产品设计过程中的关键环节，电子产品的功能有原理图决定，但电子产品的许多性能指标，如稳定性、可靠性、抗震强度等不仅与原理图设计、元器件质量、生产工艺有关，而且很大程度上取决于印制电路板的布局、布线是否合理。2 protel原理图绘制无论是可编程逻辑器件的设计、电路仿真，还是PCB电路板的设计，原理图的设计都是这一切工作的基础，因此在进行电路原理图的绘制时一定要保证准确无误，尽量做到图面清晰、可读性好。2.1 protel电路工作原理超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）双是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇（淬熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为1百几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低：反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。应根据实际 情况二者兼顾。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为0.35kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电 器吸合或断开（由设计的状态而定）。当有控制信号到来时，电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。接收信号振幅大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压也高；反之，当接收到的信号的振幅小时，得到的控制电压也低。这样，在电路的负载 上便得到了与控制信号一致的低频电压，这个电压便是电路状态的另一种控制电压。2.2 protel原理图设计步骤2.2.1建立工程文件选择菜单【File】/【New】,建立名为“超再生式无线接收电路.ddb”的工程文件。 图 1 建立工程2.2.2建立原理图文件在菜单栏中单击“Schematic Document”建立名为“超再生式无线接收电路.sch”的原理图文件，并添加到创建的工程当中。 图 2 建立原理图2.2.3设置原理图设计环境注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。同时要选择捕捉栅格（SnapGrid）和电气特性（Electrical Grid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。画图方向一般都是横向。 图 3 原理图面板2.2.4元件摆放布局、绘制原理图首先添加库文件“miscellaneous devices.ddb”和“protel dos schematic.libraries.ddb” 到Protel库中。单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。根据电路的需要，到元件库中找出所需要的元件，然后用元件管理器中的Place按钮将元件放置在工作平面上。通过Space,X和Y三种键来改变元件放置位置，其中Space是让元件做90度旋转，X是使元件左右对调，Y则是上下对调，再根据元件之间的走线把元件调整好。添加完成后，并分别对元件编号和输入相应的封装号。元件布局结束后，就可以对器件间的管脚进行电气连接。选择菜单【Place/Wireless】，或者单击工具栏中的（放置导线）按钮，即可执行连线操作。连接完毕后，如不满意可以对其进行编辑和调整，利用Protel 所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改以保证其美观，最终画出电路总图。 图 4 安装库文件2.2.5电路图的检查原理图绘制完成之后，还需要对原理图进行编译并对其连接进行检查，检查无误后才能进入PCB班的设计阶段，系统会按照用户的设置及问题的严重性，分别以“Error”（错误）或“Warning”（警告）等信息来提醒用户。 图 5 编译错误提示菜单选择【Tools】/【ERC】菜单，保留默认设置，单击“OK”，进行电气规则设计检查。检查后会生成与电路图同名、后缀为“ERC”的文件。至此原理图设计完成。2.2.6生成材料清单和建立网络表网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，是PCB中自动布线的灵魂所以必须生成网络表。网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。使用菜单命令【Design】/【Create Netlist】，在弹出的对话框中，除了Sheet to Netlist选择Active Sheet外，其余选项均使用默认值。单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。网络表文件包含两种内容：一对方括号之间表示一个元件的属性，有序号、封装好和参数；一对圆括号之间是通过一个点的连接线，包括从哪个点出发，接到哪里。2.3 protel原理图绘制总结本报告中对于超再生式无线接收电路原理图的绘制是选用了prolel的最新版本Altium Designer 绘制而成。Altium Designer软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel 99大体相同，新增加了一些功能模块，功能更加强大。尤其是在操作中快捷键的使用使得对于电路原理图的绘制效率大大的增加。本课程设计对于基础的给定电路图进行了部分添加，为了在导入PCB后能够提供出一个电源的输入端口和对外的输出端口，原理图中添加了两个两脚的排针HEADER2供对外连接使用。最终得到电路原理图，见附录一所示。3 protel原理图元件库以及封装元件库的建立Protel 提供了数量庞大的元器件库，在其公司网站上不断的更新其元件库，但是由于元器件的复杂性和多样性，软件自带的库不可能包含世界上所有元器件。因此实际应用中绘制应用的元器件及其封装是非常重要的。 3.1 原理图元件库以及封装元件库设计步骤3.1.1原理图元件库设计步骤（1）添加空白原理图库文件，执行File New Library Schematic Library命令，Projects面板将显示新建的原理图库文件，默认名为Schlibl.SchLib。自动进入电路图新元件的编辑界面，如图所示。 图 6原件编辑界面（2）单击FileSave As命令，将库文件保存为New Schlibl.SchLib。（3）单击SCH Library标签打开SCH Library面板如图7所示。如果SCH Library标签未出现，单击主设计窗口右下角的SCH按钮并从弹出的菜单中选择SCH Library即可（表示选中）。 图 7 SCH Library面板（4）在SCH Library面板上的Components列表中选中Component_1选项，执行Tools Rename Component命令，弹出重命名元件对话框输入一个新的、可唯一标识该元件的名称，并单击“确定”按钮。同时显示一张中心位置有一个巨大十字准线的空元件图纸以供编辑。（5）如有必要，执行EditJumpOrigin命令（快捷键J，O），将设计图纸的原点定位到设计窗口的中心位置。检查窗口左下角的状态栏，确认光标已移动到原点位置。新的元件将在原点周围上生成，此时可看到在图纸中心有一个十字准线。设计者应该在原点附近创建新的元件，因为在以后放置该元件时，系统会根据原点附近的电气热点定位该元件。（6）可在“Library Editor Workspace”对话框设置单位、捕获网格(Snap)和可视网格(Visible)等参数，执行ToolsDocument Options命令（快捷键T，D），弹出Library Editor Workspace对话框如图8所示。 图 8“Library Editor Workspace”对话框1图 9“Library Editor Workspace”对话框2（7）选用protel自带的工具绘制好元器件的基本形状后，单击PlacePin命令（快捷键P，P）光标处浮现引脚，带电气属性。放置之前，按Tab键打开Pin ProPerties对话框，如图10所示。如果设计者在放置引脚之前先设置好各项参数，则放置引脚时，这些参数成为默认参数，连续放置引脚时，引脚的编号和引脚名称中的数字会自动增加。 图 10 Pin ProPerties对话框（8）在Pin Properties对话框中,Display Name文本框输人引脚的名字：P3.0(RXD)，在Designator文本框中输人唯一（不重复）的引脚编号：2，此外，如果设计者想在放置元件时，引脚名和标识符可见，则需选中Visible复选框。（9）在Electrical Type栏，从下拉列表中设置引脚的电气类型。该参数可用于在原理图设计图纸中编译项目或分析原理图文档时检查电气连接是否错误。在本例AT89C2051单片机中，大部分引脚的Electrical Type设置成Passive，如果是VCC或GND引脚的Electrical Type设置成Power。3.1.2封装元件库设计步骤（1）执行File/New/Pcb Library 命令。在设计窗口中显示一个新的名为“PcbLib1.PcbLib”的库文件和一个名为“PCBComponent_1”的空白元件图纸。（2）执行存储命令，将库文件更名为“PCB Footprints.PcbLib”存储。（3）点击PCB Library 标签打开PCB 库编辑器面板。（4）现在你可以使用PCB 库编辑器中的命令添加，移除或者编辑新PCB 库中的封装元件了。（5）使用PCB元件向导来进行元器件的快速绘制，执行Tools/New Component 命令或者在PCB 库编辑器中点击Add 按钮。元件向导自动开始。点击Next 按钮进行向导流程，选择不同的封装，根据器件PDF文档中尺寸的描述进行编辑可以迅速的完成相应器件的绘制。（6）手工创建元件封装，在PCB 库编辑器中创建和修改封装使用一套和在PCB 编辑器中使用的一样的工具及设计对象。任何东西，如角度标识，图片目标及机械说明，都可以作为PCB 封装存储。3.2 原理图元件库以及封装元件库设计总结本设计中需要对芯片LM358以及电感L1进行原理图及其PCB封装进行绘制。另外，也对平时学习常用到的芯片LM348以及可调电阻进行了原理图及其PCB封装进行了绘制。在设计中，利用protel软件提供的方便快捷的芯片绘制向导 Component Wizard 来绘制元器件更加方便标准，对于最新版本的Altium Designer 中更加强大的 IPC封装向导省去了计算的麻烦，对于封装的绘制会成为一利器，省去了设计者的大部分时间，是个很好的设计工具。最终得到电路原理图，见附录二所示。4 protel印制版电路设计电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。Protel为设计者提供了一个完整的电路板设计环境，使电路设计更加方便有效。应用Protel 设计印刷电路板过程如下：4.1 protel印制电路板基础4.1.1印制电路板设计流程（1）创建PCB文件执行菜单File/New命令，弹出对话框，从框中选择PCB设计图标，双击该图标，建立PCB设计文档，或者在PCB模板当中选择一张A4大小的PCB模板。双击文档图标，进入PCB设计服务器界面，此界面同SCH设计主界面，但增加了板层标签，用来在设计时快速地选择板层。板层就是电路文件中可分层显示的电路板结构图，不同类板层有不同的专用意义。下面介绍一些与PCB相关的名词。板框：就是规范自动放置和自动布线功能的合法区域，在此规定的区域内放置元件和布线。飞线：常称之为与拉线，是引入网络表后，布线之前，系统根据网络关系生成的一种虚拟的线，只表示一种连接关系。铜膜走线：简称导线，是实际存在的，用来连接各个焊点，是印刷电路板较重要的部分，印刷电路板的设计都是靠导线来进行的。焊点：用来放置焊锡、连接导线和零件的引脚。导孔：连接不同板层间的导线孔。 图 11 PCB设计界面（2）加载网络表在设计工作区的板层标签上选择KeepOutLayer，这是一个在闭合框内支持自动布线的层，然后选择工具条Placement Tools上的按钮，画边框，边框按系统设定的颜色是紫色。此时画出只是一个粗略的边框 ，虽然没必要太精确，但不能太大。带到布线完成后，再来画精确的边框。执行菜单Design/load nets命令，然后再弹出的创建偶 中单击Browse按钮，弹出的窗口，选择电路原理设计生成的网络表文件SHEET1.NET，若有错误，必须更改。出现两种错误：Footprint Not Available(封装元件遗漏)、Node Not Found(引脚遗漏)。在加载的时候，应该注意改正错误，得到正确的网络表。（3）布局与布线Protel是其可以进行自动布局也可以手工布局，执行菜单命令tools/auto place/auto placer可以进行自动布局。布局是布线关键性的一步，为使布局更加合理，多数人采用自动布局方式。先把重叠的元件拖开，用鼠标左键点钟任何重叠元件时，将弹出小的对话框，表示当前点钟的地方重叠了几个元件，当移动鼠标到相应字体上，字全变蓝，单击鼠标左键，便可获得一个元件，然后再将其拖走。根据电路的功能及元件大小，适当摆放元件。Protel 采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。执行才按命令Aut routing/all,弹出如下窗口，并在弹出窗口中单击route all按钮，程序及对印刷电路板进行自动布线。只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎100%。自动布线完成后，将弹出如下布线信息对话框它指出了布线的相关信息，如布了多少根线，还有几根没布完，布线所用时间等。点击OK,则布线完成。若对布线不满意，可在工具下拉菜单上选撤销布线，回复飞线状态后可重新布线。边框的修改一定要在Keepoutlayer来修改，自动布线结束后，可能存在一些不满意的地方，可以手工调整，吧电路板设计的尽善尽美。首先，删除不理想的布线，点击edit/delete选项，光标变成十字光标，做剪辑点要删除的导线即可删除。删除导线后，焊点间以飞线连接，然后选取不同的层如top layer(红线)，Bottom layer(蓝线)，选择来画得先之间连接的导线，注意同一层内的导线不能交叉，知道将不满意的改满意。布线完成后适当改变元件位置，使他美观，由于图的线很多，所以手动布线也不美观，所以未手动布线。（4） 常规DRC校验 DRC校验中设置校验规则必须是电路设计应满足的设计规则，而且这些待校验的设计规则也必须是已经在【PCB 规则和约束编辑器】对话框中设定了选项。虽然系统提供了众多可用于校验的设计规则，但对于一般的电路设计来说，在设计完成后只需对以下几项常规DRC校验即能满足实际设计的需要。（5）敷铜、补泪滴与包地为了提高系统的抗干扰性，需要设置较大面积的地线敷铜区域。在Top层中，执行菜单命令【Place】【Polygon Pour】，屏幕上就会出现如图12所示的对话框。 图 12 Polygon Pour界面在元件的上方单击鼠标左键，并向右拖动鼠标，到合适的位置单击鼠标左键，接着像绘制一个矩形框一样回到起始点。然后屏幕上即会出现如图13所示的敷铜。再以同样的方法在底层中放置敷铜。一般来说，在PCB板上不要留大块的空地，应该尽可能地将他们用敷铜填满，作为地线的扩展。所谓补泪滴，就是在铜膜导线与焊盘或者过孔交接的位置处，防止机械钻孔时损坏铜膜走线，特意将铜膜导线逐渐加宽的一种操作。由于加宽的铜膜导线的形状很像泪滴，因此该操作叫做“补泪滴”。补泪滴的主要目的是为了防止机械制板时，焊盘或过孔因承受钻孔的压力而与铜膜导线在连接处断裂，因此连接处需要加宽铜膜导线来避免此种情况的发生。此外，补泪滴后的连接会变得比较光滑，不易因残留化学药剂而导致对铜膜导线的腐蚀。所谓包地就是在某些选定的网络布线范围，特别地围绕一圈接地布线，这样做的主要目的就是为了保护这些网络布线，避免噪声信号的干扰。 图 13补泪滴 图 14敷铜4.2 设计结果及分析虽然Altium Designe功能强大，人机界面友好，但在设计过程中往往遇到一些问题。生成的印刷电路版图与电路原理图不相符，有一些原件么有连上，这种情况时有发生，问题出在原理图上，原理图看上去是连上了，但是不符合规范，导致未连接上。不规范连线有连线超过元件器件的断点、连线的两部分有重复。解决方法是在在原理图连线时，应尽量做到：在元件端点处连线；元器件连线尽量一线连通。在印刷电路板设计中装入网络表时元器件不能完全调入。4.1 PCB布线分析（1）画定布线区域距PCB板边1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线；（2）电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil；（3）正常过孔不低于30mil；（4）双列直插：焊盘60mil，孔径40mil；（5） 注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线；（6）地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm,最经细宽度可达0.050.07mm,电源线为1.22.5 mm。4.2PCB布局分析布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（Design- Create Netlist），之后在PCB图上导入网络表（Design-Load Nets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行：（1） 按电气性能合理分区，一般分为：数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区（干扰源）；（2） 完成同一功能的电路，应尽量靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁；同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁；（3）对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施；（4）I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件；（5）时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件；（6）在每个集成电路的电源输入脚和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）；电路板空间较密时，也可在几个集成电路周围加一个钽电容。（7）布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致” 。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑。4.3PCB设计总结PCB的设计是整个设计最重要也是最困难的，因为它其中涉及到了很多常规的规则设定和布线走线方式，protel 的PCB设计是一个非常强大的功能，尤其是在PCB绘制当中快捷键的使用会提高设计者的效率，本次绘制的超再生无线接收电路的布局采用的是人工布局，因为元器件多为电阻电容，类型单一，所需要的板子也不是很大，而且自动布局也存在许多的不足，所以本设计手工布局显得尤为工整。又分别对电源线和地线进行了加粗处理，大部分的走线采用手动布线，部分元件采用了protel自带的自动布线功能。另外给PCB板子进行了敷铜处理，单纯的网格敷铜主要还是屏蔽作用,加大电流的作用被降低了，从散热的角度说，网格有好处（它降低了铜的受热面）又起到了一定的电磁屏蔽的作用。因此高频电路对抗干扰要求高的多用网格，本设计就采用了网格敷铜。另外，本设计目的不在制作成品出来，所以对于补泪滴和包地的处理未采取。最终得到电路原理图，见附录二所示。5 设计总结作为电路设计必须使用的软件，Protel DXP被现代电子设计者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，理应熟练掌握这种实用性好、专业性强的软件。经过对Protel DXP一周的学习和应用，从开始的无法上手，到现在的马马虎虎，虽然不能说做的很好，但是自己看到了自己的进步，从这点上还是很高兴的。开始是按设计图布线，有些元件在库中的管脚