电子线路CAD.ppt

2019/5/21,psp2004,1,电子线路CAD,zyg 2010.3,2019/5/21,psp2004,2,内容及要求：,画简单的原理图（SCH）* 学会创建SCH零件 * 对电路进行仿真分析（SIM）* 把原理图转换成电路板（PCB）* 对PCB进行自动布线 学会创建PCB零件库,2019/5/21,psp2004,3,软件：Protel 99 SE 教材：Protel99SE电子线路设计教程 第二版 作者：姚四改 考核标准： 听课、实验、小试 学时： 40 （讲授、实验各半）,2019/5/21,psp2004,4,第一章 初识Protel 99 SE,Protel 99 SE的组成和特点 SCH PCB SIM PLD Protel 99 SE的安装 系统参数的设置,2019/5/21,psp2004,5,Protel 99 SE 文件管理,双击Protel 99SE 图标，点击File(文件)中new项，新建设计数据库。 新建设计文件，有两种方式： MS Access Database方式，全部文件存储在单一的数据库中。 Windows File System方式，全部文件被直接保存在对话框底部指定的磁盘驱动器中的文件夹中，在资源管理器中可以直接看到所建立的原理图或PCB文件。,2019/5/21,psp2004,6,2019/5/21,psp2004,7,在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库 1设计组（Design Team） 2回收站（ Recycle Bin） 3设计管理器（Documents）,2019/5/21,psp2004,8,2019/5/21,psp2004,9,打开和管理设计数据库,Protel 99 SE包括许多设计例子，我们下面可以举例说明。 选择文件打开菜单Design Explorer 99SEExample ，点击photoplotter.ddb文件，左侧窗口呈现树状结构。 点呈现下一层子目录或文件，点将关闭此文件夹点Photohead.pcb 文件，PCB版图将出现，点Photohead.prj,原理图管理文件将被打开。关闭文件，可以用鼠标右键，选择Close也可以用CTRL+F4来关闭。,2019/5/21,psp2004,10,观看多个设计文档,开Photoplotte.ddb设计数据库，点找到Electronics 和Photohead文件夹，打开Photohead Parts list 设计窗口，用同样方法打开Photohead.pcb文件和Photohead.prj文件。在Photohead Parts List窗口下击鼠标右键，选择Split Horizontal”菜单，界面将被水平分割。在Photohead.prj设计窗口下点右键，选Split Vertical 菜单。界面将被垂直分割可以用鼠标调整分割窗口的大小。要想分割更多的窗口，可重复上述操作。,2019/5/21,psp2004,11,2019/5/21,psp2004,12,多层次图纸设计,下面举例说明：打开LCD Controller.ddb设计文件，打开LCD Controller.prj原理图设计窗口。我们看到许多绿色矩形框，叫做原理图模块，每一个原理图模块里包含一张图纸，一个总的原理图可以包含多个子原理图。选择“Design”下的“Create Sheet From Symbols “由符号生成图纸，如果已经画好原理图，选择“Design”下的”Create Symbol Form Sheet”由图纸生成符号。利用工具条上的点取输入端口，可以在总的原理图与子原理图之间切换。,2019/5/21,psp2004,13,2019/5/21,psp2004,14,第二章 Protel 99 SE 原理图设计基础,1.启动原理图设计系统 2.原理图设计系统环境的设置 设置图纸 设置网格与光标 View视图菜单的使用 3.工具栏的打开与关闭,2019/5/21,psp2004,15,第三章 绘制简单电路原理图,1.挂接、卸载元器件库 2.放置元器件方法 用菜单放置元器件 用元件库管理器放置元器件 用工具栏放置元器件,2019/5/21,psp2004,16,3. 编辑元器件属性,编辑单个元件属性 批量编辑元件属性,2019/5/21,psp2004,17,4.元件位置的调整,元件的移动 元件的选态与取消选态 元件拷贝与剪切 元件的阵列粘贴 元件的删除 元件的排列与对齐,2019/5/21,psp2004,18,5.放置电源与地线,psp2004,19,6.放置节点与连接线,放置节点 放置连接线 确定起始点和终止点，Protel 99 SE 就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择“Place/Wire”后，按空格键切换自动连线方式。观察状态栏就可以看出“Auto Wire”Protel 99 SE 自动连线、任意角度、45连线、90连线，使得设计者在设计时更加轻松自如。只要简单地定义AutoWire方式。自动连线可以从原理图的任何一点进行，不一定要从管脚到管脚。,2019/5/21,psp2004,20,7.放置文本并编辑其属性 8.放置网络标号并编辑其属性 9.绘制一张简单的电路原理图,2019/5/21,psp2004,21,第四章 多层次复杂电路图设计,1 层次电路图绘制方法 自顶向下层次电路图设计方法 自底向上的层次电路图设计方法 重复性层次图设计方法,2019/5/21,psp2004,22,自顶向下层次电路图设计方法,2019/5/21,psp2004,23,自底向上的层次电路图设计方法,2019/5/21,psp2004,24,重复性层次图设计方法,2019/5/21,psp2004,25,2 层次电路图的基本部件及属性,方块电路符及属性 电路内部端口及属性 一般端口及其属性 总线及其属性 总线分支线及其属性,2019/5/21,psp2004,26,3 层次电路图的绘制实例,例： ：Design Explorer 99 SEExamplesZ80 Microprocessor .ddb,2019/5/21,psp2004,27,层次电路原理图绘制 层次电路原理图元件编号 建立层次关系,2019/5/21,psp2004,28,第五章 原理图报表,1. ERC报表 电气规则检测ERC设置 ERC检测报表,2019/5/21,psp2004,29,原理图常见错误,ERC报告管脚没有接入信号： a. 创建封装时给管脚定义了I/O属性； b.创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上； c. 创建元件时pin方向反向，必须非pin name端连线。,2019/5/21,psp2004,30,元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。 创建的工程文件网络表只能部分调入pcb：生成netlist时没有选择为global。 当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate.,2019/5/21,psp2004,31,2 原理图网络表,设定产生网络表的各种选项 Protel 原理图网络表格式 网络表产生过程 原理图网络表的检查,2019/5/21,psp2004,32,3 元件列表,4 交叉参考表,2019/5/21,psp2004,33,第六章 原理图库编辑器,1 元件库编辑器 元件库编辑器启动 元件库编辑器界面简介,2019/5/21,psp2004,34,2 元件库管理,元件管理器 利用Tools菜单管理元件 查找元件 元件及元件库报表,2019/5/21,psp2004,35,第七章 电路仿真技术,Protel99 SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。其仿真引擎与3F5完全兼容，支持所有标准的SPICE模型。它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。 Protel中支持的电路分析类型有：静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析，付立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。,2019/5/21,psp2004,36,仿真的电路，必须满足以下条件 首先，必须用仿真库中的器件（或用户自己建的器件仿真模型和器件符号）搭成电路; 其次必须有激励源； 对所关心的节点建立网络标号； 如需要，设定初始条件。,2019/5/21,psp2004,37,7.1 仿真库,7.1.1 添加仿真库 仿真库在 Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb 7.1.2 仿真库的研究,2019/5/21,psp2004,38,电路元件模型定义和描述,二极管模型 IS： 饱和电流 RS： 欧姆电阻 CJ0：零偏压结电容 TT： 渡越时间 BV：反向击穿电压 IBV：反向击穿时电流,2019/5/21,psp2004,39,三极管的模型主要参数,IS 饱和电流 BF 放大倍数 ISE B-E漏饱和电流 BR 反向放大倍数 ISC B-C漏饱和电流 RE 发射极电阻 RC 集电极电阻 CJE B-E零偏压结电容 CJC B-C零偏压结电容 CJS(CCS) C-衬底结电容,2019/5/21,psp2004,40,7.2 常用仿真电源描述,Simulation symbols.lib 7.2.1 直流仿真电源,2019/5/21,psp2004,41,7.2.2 正弦仿真源,属性选项。 DC 直流分析幅度 AC 交流小信号分析时，幅度，通常为1V AC Phase AC相位 Offset 偏置电压,2019/5/21,psp2004,42,7.2.2 正弦仿真源,Amplitude 交流信号幅度 Frequency 频率 Delay 延迟时间 Damping 阻尼因子 Phase 初始相位 见图sin.sch,2019/5/21,psp2004,43,7.2.3 周期脉冲源,DC DC幅度（忽略)） AC AC幅度（交流小信号分析时，通常为1V） AC Phase 交流相位 Initial 初始电压 Pulsed 脉冲电压值 Time Delay 延迟时间,2019/5/21,psp2004,44,7.2.3 周期脉冲源,Rise Time 上升时间 Fall Time 下降时间 Pulse Width 脉冲宽度 Period 脉冲周期 Phase 脉冲相位 在Protel99 SE中， 脉冲电压源为VPULSE; 脉冲电流源为IPULSE。,2019/5/21,psp2004,45,7.2.4 分段线性源,分段线性源形中的每一点可由（Ti，Vi）描述，并且每一对值（Ti，Vi）表明信号源在时刻Ti的值。 在99SE中，分段线性电压源的名称为VPWL，分段线性电流源名称为IPWL。可在分段线性电压源属性对话框的Time/Voltage 区域中输入各时刻所对应的电压值。如是分段线性电流源则输入各时刻所对应的电流值。 File Name区域，用户也可以通过文件输入的方法给出分段线性电压源的波形数据。此法对波形复杂、数据量大时使用。用户只需把分段线性源的波形数据存于一个扩展名为.pwl的文件即可。,2019/5/21,psp2004,46,7.3 初始状态设置,7.3.1 节点电压设置NS 7.3.2 初始条件设置IC,2019/5/21,psp2004,47,7.4 绘制一个可用于仿真分析的电路原理图,2019/5/21,psp2004,48,分析,Re交直流负反馈 Ce发射极旁路电容，降低Re 交流负反馈,2019/5/21,psp2004,49,7.5 波形信号分析及操作,7.5.1 显示单个波形 7.5.2 显示测量光标 7.5.3 波形局部放大 7.5.4 插入新的波形单元格 7.5.5 观察该电路中其他节点信号,2019/5/21,psp2004,50,7.6.1 一般设置-General页面设置,2019/5/21,psp2004,51,7.6.2 静态工作点分析,静态工作点分析是其它各种仿真分析的基础，一般而言，在进行各种分析之前，应首先分析其静态工作点。此时，所有电感视为短路，所有电容视为开路，对于二极管或三极管的电路元件参数与其直流工作点有关，直流工作点也叫静态工作点或偏置点。我们要看它的静态工作点，只要运行仿真分析，点击仿真界面下面的Operating Point选项，就可弹出不同节点的静态工作点电压，在仿真界面的左侧“Waveforms”中，选择要看的节点，点击“Show”，仿真界面就会显示出选中点的静态工作点电压。,2019/5/21,psp2004,52,7.6.3 瞬态分析和傅里叶分析,在瞬态分析中，被分析的变量是时间的函数，所得到的是电路时域分析响应。瞬态分析的仿真参数设置十分关键，如果设置不合理，将影响仿真分析，得不到仿真结果。付立叶分析是利用瞬态分析的输出结果用离散形式表示出来。付立叶级数的系数可用前面提到的仿真设置中的公式计算得到。因此，付立叶分析要结合瞬态分析同时仿真，利用Protel99 SE就可轻松得到付立叶级数结果。,2019/5/21,psp2004,53,注意：在做付立叶分析时，主菜单设置界面中的“Collect Date For”选项中通常选择“Node Voltage and Supply Current”。,2019/5/21,psp2004,54,例7.1 基本放大器的静态工作点分析和时域(暂态)分析 1、添加仿真元件库 本例添加的仿真元件库路径在： Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb,2019/5/21,psp2004,55,2、放置仿真元器件 方法和绘制Sch原理图一样 3、放置电源或信号源 方法1：用菜单SimulateSource下的命令 方法2：用仿真电源工具条中的命令(执行菜单命令ViewToolbarsSimution Sources命令来切换) 。本例用+12V的电源和10K、1mV的正弦信号。,2019/5/21,psp2004,56,例7.1 电路原理图,2019/5/21,psp2004,57,4、设置节点 方法1、用PlaceNet Label命令； 方法2、用画线工具条中的Net命令(执行菜单命令ViewToolbarsWrings Tools命令来切换)。,2019/5/21,psp2004,58,5、启动仿真 本例进行时域(暂态)模拟，所以执行SimulateSetup SimulatorTransient命令，即,2019/5/21,psp2004,59,6、进行仿真设置 在上一步骤中弹出“时域分析对话框”：,2019/5/21,psp2004,60,其中： Duration(s):指时域分析结果显示的时间长度。一般显示信号三、四个周期的波形比较合适。 Display(s):指相邻显示点的时间间隔。 Start(s):显示起始时间，缺省为0。 Run:单击该按钮，程序开始进行时域分析。 最后得到仿真结果：,2019/5/21,psp2004,61,2019/5/21,psp2004,62,7.6.4 直流扫描分析,直流扫描分析是使输入源电压从设定的初始值到终止值阶梯状改变，从而观察所关心节点的直流传输特性曲线，也就是电路的直流转移特性。如果分析一个三极管限幅器的限幅特性，利用直流扫描分析即可获得。在此电路中，我们设置V2为主独立源，在直流扫描对话框中输入起始电压，终止电压和步长，运行分析可以看到E、B、C三点的传输电压。,2019/5/21,psp2004,63,7.6.5交流小信号分析,交流小信号分析是在一定的工作频率范围内分析电路的频率响应，被分析的变量是频率的函数。在交流分析中，电路中必须有一个交流电源。在交流小信号设置菜单中设置起始频率终止频率（参考前面的仿真设置章节），运行分析就可得到频率响应曲线。在选中的波形上点击鼠标右键可以观看输出的虚部、实部，幅值（幅度或分贝数），相位（度或弧度）和群时延。同时，我们还可以利用Protel99 SE丰富的波形运算函数建立新的波形。可以利用左侧测量标尺A、B测量波形。X轴可以是线性的也可以是对数的，Y轴是幅度。在此电路中我们可以测量出交流小信号的主频大约在10MHZ。,2019/5/21,psp2004,64,7.6.6 温度扫描分析,温度扫描分析用来确定温度漂移性能指标。我们只要简单的设置温度范围，运行分析就可得到仿真结果。如果波形重叠在一起不容易观测，可以调整X、Y轴比例，或用鼠标左键拉伸窗口放大显示。,2019/5/21,psp2004,65,7.6.7 参数扫描分析,参数扫描分析是在用户指定的参数变化范围内，分析对电路特性发生的影响。扫描的参数对于电阻是它的阻值变化范围，对于三级管可以是放大倍数（BF）。参数分析通常与直流、交流或瞬态分析结合使用。 Protel 99 SE 参数扫描分析 ?,2019/5/21,psp2004,66,例7.2 倍压整流电路的设计和参数调整,如图所示 17V0.1A 倍压整流电路,2019/5/21,psp2004,67,要求：,Transient 分析，观察Ui、Uo波形分析工作原理。 调整C1,C2为合理参数,Uo输出的谷值大于 17V。 提示: C1,C2的值在200uF - 2000uF 之间选择.,2019/5/21,psp2004,68,7.6.8 噪声分析,噪声源:电路中每个产生噪声的元件都视为一个噪声源,电路都会产生内部噪声。在噪声分析中，电容、电感和受控源视为无噪声元件。输出节点的总噪声用每个噪声源的噪声电压的均方根值相加得到。利用噪声分析可以计算出噪声增益及输入等效噪声电平。特别是对于设计微弱模拟信号放大器，噪声分析是很有意义的。,2019/5/21,psp2004,69,7.6.9 传递函数分析,传递函数用于观测整个电路的直流输入、输出电阻和直流增益。,2019/5/21,psp2004,70,7.6.10 蒙特卡罗分析,蒙托卡洛来自欧洲著名赌城Monte Carlo，后来就以通过随机模拟和统计实验来求解数学、物理和工程技术问题近似解的方法称作蒙托卡洛方法。,2019/5/21,psp2004,71,7.6.10 蒙特卡罗分析,在电路中，电阻、电容、电感等器件都存在误差，碳膜电阻的相对误差通常为10%，半导体器件的模型参数误差达20%-25%。在容差分析中，做法之一就是先规定元件、电源或温度的容差，计算电路的特性容差，以验证是否符合设计要求。容差统计分析的方法之一就是蒙托卡洛分析。 在Protel99 SE中可以用三种形式观看蒙托卡洛分析结果：均匀分布（Unifor）、高斯分布（Gaussian）