高频电子线路CA.ppt

第9章 Allegro PCB系统互联设计平台,9.1 概 述 9.2 Allegro环境下PCB板设计介绍 9.3 Allegro使用的文件类型与项目目录 9.4 使用项目管理器Project Manager 9.5 系统环境要求和安装 9.6 小 结 9.7 习 题,Chap 9 绪 论,基本内容: Cadence公司开发了很多功能强大的电子线路CAD软件。Cadence Allegro系统互连平台能够与其他平台合作，进行跨集成电路、封装和PCB的高效率、高性能协同设计工作，该平台的约束驱动设计流程和协同设计方法能够优化集成电路、封装和印制电路板之间的系统互连，从而避免硬件返工，降低成本和缩短设计周期，加快产品上市时间。 基本要求: 了解Allegro软件体系及其高速PCB设计软件的基本特点，为后面章节的进一步学习打下基础。,9.1 概 述,Cadence Design Systems是全球最大的电子设计自动化产品、程序方案服务和设计服务供应商，它提供很多EDA设计软件和服务，运行软件的系统平台比较多，如Unix，Windows等。它所提供的各种EDA软件，可以完成电子设计的所有任务，包括专用集成电路ASIC设计、FPGA设计和PCB板设计。在仿真、电路图设计自动布局布线、板图设计及验证等方面有着绝对的优势。 Cadence公司的产品之一：Allegro系统互连平台，它运行于Windows系统。该系统平台集合了所有现有的Cadence面向IC封装和PCB设计的技术。 本章内容主要集中于PCB板设计。,Allegro的产品系列,Allegro软件在15.0版及之前，产品包装常使用PSD名称，含义是PCB系统设计。 15.2版之后，Allegro 的产品包装有重新的分类及定义。由于自15.2版起强调的是S-P-B ( Silicon-Package-Board 芯片-封装-板图)，所以改称为SPB。 Allegro根据不同用户情况划分为各种软件包系列，价格各不相同，每个软件包含有多种软件。,Allegro 14.2版本,14.2版本中最高端的套装产品称为PCB Design Expert，它的功能最强，包括高速信号线的电气、物理特性的设定等； 其次，称为PCB Designer，它除了缺少高速信号的电气设定外，和PCB Design Expert 功能相同；低端产品称为PCB Studio，它没有高速信号线特性设定，没有加测试点，不能用公司的skill语言；另外，为用户需要，又提供了PCB Studio Performance，它是加在Studio上的一个选择项，最终能使Studio和PCB Designer功能相同。,表9-1展示15.0版和15.2版部分软件的对应名称,Allegro 15.2版本,Allegro分成200及600系列，200系列是指PCB Design Studio，600系列是指PCB Design Expert。Allegro自己的电路图设计及输入软件称为Concept HDL，合并OrCAD公司后，也使用它的Capture CIS。 SPB 15.5 版的软件又进行了一些互相组合，表9-2是与之前所用名称的一些对照。,9.2 Allegro环境下PCB板设计介绍,从整体上看，电路板的设计及生产流程一般为： (1) 产品规格(Specification)设计，即“做什么”。此项工 作要根据市场及用户要求，考虑具体应用设备，弄清产品目标，讨论而定。 (2) 电子工程师收到电子部分的详细规格说明后，设计确定电子电路图及板子外观尺寸。 (3) 布局工程师与电子工程师合作，根据详细的电子电路图及板子尺寸规范，设计PCB板图，最后得到制版文件。 (4) 制版工厂根据设计文件，生产PCB样板。 (5) 电子工程师收到样板，安装元件并调试。 (6) 验证正确，既可批量生产PCB板；否则，需要修改规格说明或修改布局，重新生成PCB制版文件。,在这过程中，利用 Allegro进行PCB板基本设计工作一般要用到下面五个工具：,(1) Project Manager 项目管理器。 (2) Allegro Design Entry HDL电路原理图输入工具，简称为DE HDL。 (3) Allegro PCB Editor布局拉线工具，简称为PCB Editor，用户利用它摆放器件，产生工艺文件。在使用中，还可应用自动拉线工具Allegro PCB Router。 (4) Design Sync 板图设计数据同步工具，用于DE HDL和PCB Editor间数据的传送和一致性对照。 (5) Constraint Manager约束管理器，用于定义电气规则，可在DE HDL或PCB Editor中启动。,注意：Allegro以前版本与此可能不一致。,9.2.1 预备工作部分,硬件开发人员根据规格要求，使用CIS或是HDL软件工具绘制、修改线路图，取得电子设计图。线路图范例如图9.1所示。,图9.1 89C51单片机扩接外部RAM线路图示例,此例为一个单片机(ATMEL公司89C51)外扩一片32K8位字节长度RAM(NEC公司uPD43256)电路，电路中所用锁存器为National Semiconductor公司的74HC373。电路板结构外形示例下图所示：,Allegro生成文件一般为AutoCAD的DXF文件形式。系统提供有封装零件库，但对于库内找不到的特殊零件，其封装往往需要开发人员根据有关资料自己构建设计，两者综合而形成下一步设计PCB板的工作中要使用的封装零件库。 以Design Entry CIS为例，可以将该零件所对应的封装填入PCB Footprint Property 中。系统在处理信号网络表(netlist)时，会从PCB Footprint Property 取得设计电路板所需的封装资料。 使用Design Entry CIS或Design Entry HDL绘制并修改好的线路图，经检查无误后，就可以产生用于Allegro制版的讯号节点表文件(netlist files)。,9.2.2 PCB设计部分,此为电路板设计流程中最重要的环节，在PCB Editor中完成。一般而言，要做的工作有： (1) 读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料。 (2) 摆放零件。 (3) 拉线/摆放测试点。,可通过菜单项FileImportDXF读入PCB板外形结构设计数据。 可通过菜单项FileImportLogic读入Design Entry CIS或Design Entry HDL或第三方类型电路板设计数据。 可通过菜单项FileImportPADS或PCAD读入此两种格式的电路板焊盘数据文件。还有其他一些Import选择项。,读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料,用户可以根据线路图所产生的BOM文件，取得用于PCB板摆放元件(Layout)时所需要的零件(在Layout中所需要的零件称为Symbol)封装(Foot print)资料。若该零件不在现有的Layout 零件库内，则需要根据该零件之封装资料，建立该新的Layout零件。 提示：对照而言，画线路图时所使用到的零件称为Part，其外形封装称为Package。,读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料。,一般先摆放确定位置的零件，如固定螺丝孔等。 随后按照主次先放重要零件， 最后放次要零件。 摆放过程中，还要考虑电路图中各级零件的前后次序，以免拉线不合理或拉线过长。,摆放零件,在拉线之前，一般已输入拉线规则，如线宽、安全线距以及线长等，系统可以利用它自动检测。 拉线可分为人工拉线和自动拉线。 人工拉线比较费事，如果设计人员技术水平足够，效果应该不错。 自动拉线要利用Auto Router拉线软件，效果不一定很好，有可能导致结果为多层板，使用过多的过孔，经常要利用人工进行再修改。拉线完毕后，经常需要在各条信号线上安放测试点，以备将来检测板子之用。最后，对于设计的板子，还要人工进行修板，例如，将90转折线改为45、线条拉直等。,拉线/摆放测试点,9.2.3 PCB设计的后处理部分,有3项工作： (1) 文字面处理 (2) 底片处理 (3) 报表处理,文字面处理,第一部分为零件序号重排(Rename)。由于设计出的电路板上的零件序号(RefDes，即Reference Designator)是线路图上的序号，与这些零件在电路板上的位置无关，为了使工程师能根据零件序号快速地找到某个零件，可以按照零件在电路板上的位置，依顺序重排它们的序号；而重排后的新零件序号要传回电子线路图并加以修改，以使线路图与电路板的数据保持一致。这种回传的动作称为Back Annotation(反标)。 第二部分为整理文字层面。主要整理的内容为：将零件以外的相关信息加入文字层面(Silkscreen Layer)，例如：公司名、板子名和编号以及版本等信息。调整这些文字方向，以便辨认。重放零件序号位置，以免被零件挡住或者被过孔截掉。,底片处理,底片处理分为5类，是PCB生产工序所需的最终资料。 走线层。给出各层走线图形。底片图的数量根据走线层数而定。多层情况下，有：面层TOP、底层BOTTOM、电源层VCC、地线层GND、中间层IN等。 丝印文字层。只有表面一层底片。给出零件编号、极性、方向等，便于安装检查和调试。 阻焊层。为保证焊接质量，防止误焊，避免氧化，要在板上无需焊接的部位涂敷防焊材料。本类底片图形给出相应形状，有底和面上2层，即MASK_TOP和MASK_BOT。 涂锡层 (Pastemask Layer)。最后的组装工厂在往电路板上放置表面贴装SMD零件之前，均要求SMD零件的焊盘PAD上面要有一层焊锡。此底片图给出相应的需焊锡部位尺寸。在生产PCB板时，需要利用此底片。只有正面1层，即PAST_TOP。 钻孔图(Drill Map)。提供电路板工厂作为钻孔的参考依据，底片图名DRILL。底片文件均采用Gerber公司格式，常称为Gerber文件，也有称其为Artwork文件。,报表处理,产生该电路板相关的报表，提供给后续的工厂作业人员在工作上必要的信息，目前常用的报表有下列4 种： 零件列表(Bill Of Material Report)。 零件坐标列表(Component Location Report)。 讯号节点列表(Net List Report)。 测试点列表 (Testpin Report)。,9.3 Allegro使用的文件类型与项目目录,(1) 用于记录运行信息 (2) 与具体正在设计的PCB板有关的文件 (3) 支持的报告文件和输入/输出文件类型,用于记录运行信息,具体正在设计的PCB板有关的文件,支持的报告文件和输入/输出文件类型,项目目录,设计每个线路板都可以有自己的项目目录，项目目录内含有两个setup文件。当启动程序，例如Project Manager，开始一个新项目时，系统运行互动式Wizard，生成这两个文件。分别为： (1) .cpm 启动新项目时，Wizard会要求使用者输入项目名称。项目名称只能使用小写字母和下划线。项目名称加上后缀.cpm成为项目文件名称。项目文件含有该项目各个设计(design)的名称，以及设计和零件库文件搜索列表。 (2) cds.lib 含有对应的.cpm库文件入口。这些库文件要先在cds.lib中定义，然后才能加入到cpm搜索列表中。cds.lib中的设计数据库文件入口分为两部分：名称及其在文件系统中所处的位置。,项目目录安排,每个项目之下均可含有多个设计，又称为项目组成部件，它们往往对应于项目中的多个小系统。如图9.3所示中只列出一个设计Micro_Controller。该设计目录下面安排相应的全部视图文件。项目视图即为该项目所有的数据文件。例如，其下的sch_1子目录含有该设计所有输入的电路图，sym_1子目录含有该设计所有的图形符号，packaged子目录含有所有打包后的文件等。,9.4 使用项目管理器Project Manager,项目管理器的任务主要为： (1) 建立或打开一个设计项目。 (2) 启动设计工具。 (3) 在设计工具间进行数据信息流通。 (4) 设置设计项目。它支持数据管理(DM)型开发项目，DM型项目允许多人合作开发，即，在设计电路板时，同时维护开发数据库。,9.4.1 项目管理器用户界面,在Windows下，选定Allegro SPB 15.5的Project Manager后，启动画面如图9.4所示。在此对话框中，选择某系列，例如Design Entry HDL 230，然后单击OK按钮，进入如图9.5所示的窗口。为简单起见，书中以后将Design Entry简写为DE。,其中视图部分有三个按钮，分别为Create Design Project(建立一个设计项目)，Create Library Project(建立一个库项目)，或Open Project(打开一个项目)。如果单击Create Design Project，系统将给出Wizard，进行新项目建立工作；如果单击Open Project项目，系统将激活该已存在项目，以便开展工作。 单击Open Project，系统给出提示，指导建立工作，界面如图9.6至图9.9所示。,9.4.1 项目管理器用户界面,单击Create Library Project，系统给出提示，指导建立工作，界面如图9.10至图9.13所示。,设定完毕后，根据系统上次退出时的设置，窗口将变为库项目工作窗口如图9.14所示或设计项目工作窗口如图9.15所示，开发人员可以开始有关设计工作。如果需要在此两窗口间切换，可选择菜单项FlowsBoard Design或FlowsLibrary Management。,如图9.14所示的窗口视图部分给出了一个库项目工作可能需要的基本流程。分别为： (1) Import：导入，从别处输入库数据。 (2) Part Developer：电路图中部件设计。 (3) Edit Simulation Views：编辑模拟仿真。 (4) PCB Symbol Edit：摆放零件编辑。 (5) Verify：验证。 (6) Export：导出。,图9.14 项目管理器设定后的库项目界面,如图9.15所示的窗口视图部分给出了设计一块电路板所需要的基本流程。分别为： (1) Design Entry：单击此按钮，进入原理图输入工作。 (2) Design Sync：DE电路图与制版之间数据转换和一致性比对。单击此按钮，将出现一个下拉菜单，允许数据导入导出PCB Editor或比对。 (3) Layout：单击此按钮，进入PCB Editor，进行元器件摆放和布线工作。 (4) Floor Planner：单击此按钮，进入高速线路板设计和仿真界面。,Setup用于参数设置。单击，显示如图9.16所示,9.4.2 项目管理器菜单和工具栏项目管理器菜单,菜单栏下面是工具栏Tool Bar，工具栏中的按钮与菜单项一一对应。当使用鼠标指向某个工具按钮时，窗口最下部的状态栏Status Bar中将给出相应的菜单项名称。可使用菜单项View - Tool Bar或Status Bar开闭工具栏和状态栏。,Project Manager 菜单项一些主要内容：,菜单项File下各子项 菜单项View下面各子项 Tools各项 Flows项内有三个子项 Options-Customize项,菜单项File下各子项,(1) Allegro各系列软件之间很容易切换，在这里，可单击菜单项FileChange Product来完成切换。 (2) FileFile Viewer：将可以查看具体某个文件，例如 log文件的文本。 (3) 想将某个项目装入Project Manager作为当前打开项目，或者将当前项目存放，可用菜单项FileImport或Outport导入或导出项目文件。 (4) FileOpen，Close，与视图按钮对应，用于打开或关闭项目。New用于新建一个设计项目和设计数据库，一个设计项目可包含多个设计和设计数据库。 (5) FileImport IFF：装入一个IFF格式的电路到Design Entry HDL。,菜单项View下面各子项,ViewHide Flow：可以从主窗口切换至如图9.17所示工具条，该工具条固定置于Windows桌面最顶端，类似于一个设计工作台，便于用户进行项目管理工作，其中各按钮与如图9.14或图9.15所示中工具(Tools)菜单项中各主要子项有对应关系；单击如图9.17所示工具条中最右边的按钮返回主窗口如图9.14或图9.15所示。 图9.17 Windows桌面Project Manager工具栏 (2) ViewProject Settings：列出项目各种设置。有多个子项。 (3) ViewProject Libraries：列出项目所用各类。 (4) ViewRunning Tools：列出当前项目正在运行的各种工具(做何事)。,Tools各项,Library Tools子菜单：设计数据库使用的工具，有多个子项，可以设置与编辑修改模板；搜索原理图使用的零件数据；打开原理图库开发管理窗口；可以将Capture库内容或XML文件装入Design Entry HDL或相反；建立和编辑原理图使用的零件数据等。 Variant Editor：用于建立和管理互相间有较少差异的设计系统。 Programmable IC：可编程器件使用工具。 CRefer：交叉引用工具。所谓交叉引用，指在绘制电路图时，如果线路复杂，较难追踪信号。这种情况尤其发生在多电路板时，此时可以使用它预先设置一些参数，以便寻找到信号去向或来源。 Rules Checker：Design Entry HDL 中使用的规则核对工具。 Hierarchy Editor：使用一张表或树的形式来查看某设计的各层。 Setup：是一个综合界面，用于Allegro各软件的参数设置。 PCB Editor：进入元件布局和拉线，开始制版。 Design Entry HDL：进入电路原理图输入工作。 SI：进入SI。SI是Allegro的高速电路系统级和板级设计环境，它包含SI Design Editor，SigXplorer以及Timing Spread Sheet三部分。 Design Sync：进入电路图与制版数据同步校核。Design Sync用于打包所设计的电路图并可以创建Allegro信号网表文件，以备PCB Editor使用。其下有三个子项：其中，Export Physical可将信号网表装入PCB Editor；Import Physical可将数据从PCB Editor取回，完成backannotate操作；Design Differences选项用于比照电路图和PCB板，使两者一致。还可以从DesignEntryHDL中启动Design Sync工具项。 Simulate，启动仿真界面。,Flows项内有三个子项,当用户分别选择其中Board Design(电路板设计)，Library Management(库管理)，Programmable IC(可编程器件)时，窗口的视图部分也分别出现相应的工作流图，相当于工作指南，用户可按流程图上标明的按钮，按序完成工作。与Tools菜单项下的Programmable IC(可编程器件使用工具)子菜单项配合，Programmable IC用于进行可编程器件的一些设计工作,Options-Customize项,用于客户自行订制Project Manager。即针对开发人员开发的每个具体项目，定制所需Project Manager。所谓定制，指Project Manager显示不同的工具条以及工作流图界面，以便具体开发人员工作。,9.5 系