Protel DXP原理图与PCB设计 第8章 PCB板设计.ppt

第8章PCB板设计 8 1PCB板设计的基本设置在这一章中 我们将以ProtelDXP安装目录下的 Examples Z80 stages 中的项目文件 Z80Processor stages 为例 来详细讨论一下PCB板设计的全过程 同时在项目文件 Z80Processor stages 中 已经按照前面5 3节中介绍的方法生成了该项目文件的网络报表文件 Z80Processor stages NET 在项目工作窗口面板中打开该项目文件 此时的文件组织结构如图8 1所示 图8 1项目文件的组织结构 8 1 1工作层面的设置ProtelDXP设计系统提供的工作层面主要有以下几种 1 信号层 SignalLayers ProtelDXP设计系统为设计人员提供了多达32个信号层 它包括 TopLayer BottomLayer Mid Layer1 Mid Layer2 Mid Layer29 和 Mid Layer30 在PCB板设计的过程中 信号层的功能主要是用来放置与信号有关的对象 例如元件 导线等 在32个信号层中 TopLayer 和 BottomLayer 都可以用来放置元件和布线等 Mid Layer1 Mid Layer30 为中间布线层 它们主要用来布置信号线等 2 内部电源 接地层 InternalPlanes ProtelDXP设计系统为设计人员提供了16个内部电源 接地层 它包括 InternalPlane1 InternalPlane2 InternalPlane15 和 InternalPlane16 在PCB板设计的过程中 内部电源 接地层的功能是用来放置电源线和地线 3 机械层 MechanicalLayers ProtelDXP设计系统为设计人员提供了16个机械层 它主要包括 Mechanical1 Mechanical2 Mechanical15 和 Mechanical16 在PCB板设计的过程中 机械层的功能是用来设置物理边界和放置尺寸标注等信息 4 防护层 MaskLayers ProtelDXP设计系统为设计人员提供了4个防护层 它包括 TopPaste BottomPaste TopSolder 和 BottomSolder 其中 TopPaste 为顶层锡膏防护层 BottomPaste 为底层锡膏防护层 TopSolder 为顶层阻焊层 BottomSolder 为底层阻焊层 在PCB板设计的过程中 防护层的功能是用来防止PCB板中不应该镀锡的地方镀锡 5 丝印层 SilkscreenLayers ProtelDXP设计系统为设计人员提供了2个丝印层 它包括顶层丝印层 TopOverlay 和底层丝印层 BottomOverlay 在PCB板设计的过程中 丝印层的主要作用是用来绘制元件封装的外观轮廓和放置字符串等 6 其他工作层面 OtherLayers ProtelDXP设计系统除了提供上面的工作层面外 还提供了以下工作层面 DrillGuide 钻孔导引层 Keep OutLayer 禁止布线层 DrillDrawing 钻孔图层 Multi Layer 复合层 在PCB编辑器中 启动工作层面堆栈管理器的方法有3种 它们分别是 菜单法 在PCB编辑器中执行菜单命令 Design LayerStackManager 这时就会弹出如图8 2所示的工作层面堆栈管理器 图8 2工作层面堆栈管理器 鼠标法 在PCB板设计工作平面上的空白处单击鼠标右键 然后在弹出的菜单中单击 Options 选项 接着在弹出的下一级菜单中选择 LayerStackManager 选项 这时也会弹出工作层面堆栈管理器 快捷键法 在PCB编辑器中按下快捷键D K后 这时即可立即弹出工作层面堆栈管理器 从图8 2中可以看出 在工作层面堆栈管理器中给出了两个工作层面 即顶层工作层面 TopLayer 和底层工作层面 BottomLayer 对于一般的PCB板设计来说 使用单面板或者双面板就可以很好地完成设计了 而对于非常复杂的PCB板设计来说 这时就需要使用堆栈管理器中右上角的各个功能按钮来进行添加工作层面和调整工作层面参数等操作 从而设计出多层板来完成PCB板的设计 在工作层面堆栈管理器中 各个选择栏 复选框和功能按钮的功能如下所示 工艺材料选择栏 这个选择栏的主要功能是用来对多层板的工艺材料放置方式进行管理 一般情况下 多层板的制作通常是采用一层胶木板 Core 一层树脂板 Prepreg 然后又是一层胶木板 一层树脂板 层层叠放在一起 单击选择栏右边的按钮 可以看出系统提供了3个选择项 它们分别是 LayerPairs 选项 InternalLayerPairs 选项和 Build Up 选项 如果选中 LayerPairs 选项 那么多层板则按照一层胶木板 一层树脂板的顺序进行叠放 如果选中 InternalLayerPairs 选项 那么多层板则按照一层树脂板 一层胶木板的顺序进行叠放 如果选中 Build Up 选项 那么多层板则只在最底层采用胶木板 而其余各层均采用树脂板 TopDielectric 复选框 它的功能是用来设置是否为PCB板的顶层工作层面添加阻焊层 如果选中该复选框 那么则为顶层添加阻焊层 否则不添加阻焊层 同时 如果单击复选框左边的按钮 这时就会弹出一个阻焊层参数设置对话框 如图8 3所示 在这个对话框中 设计人员可以进行3个参数的设置 它们分别是阻焊层材料 Material 厚度 Thickness 和阻焊变量 DielectricConstant 一般来讲 这3个参数的具体设置是由制板商来决定的 BottomDielectric 复选框 它的功能是用来设置是否为PCB板的底层工作层面添加阻焊层 如果选中该复选框 那么则为底层添加阻焊层 否则不添加阻焊层 同样 如果单击复选框左边的按钮 这时就会弹出一个与图8 3相同的设置对话框 图8 3阻焊层参数设置对话框 按钮 它的功能是用来添加新的信号层 按钮 它的功能是用来添加新的内部电源 接地层 按钮 它的功能是用来将当前选中的工作层面向上移动一层 这个功能按钮对于顶层和底层来说无效 按钮 它的功能是用来将当前选中的工作层面向下移动一层 这个功能按钮对于顶层和底层来说无效 按钮 它的功能是用来删除当前选中的工作层面 这个功能按钮对于顶层和底层来说无效 按钮 它的功能是用来编辑当前选中的工作层面 选中某一工作层面后 单击该按钮即可弹出工作层面编辑对话框 如图8 4所示 这样 设计人员就可以在对话框中对选中的工作层面进行编辑操作 这里需要注意的是 对于不同的工作层面来说 它们的工作层面编辑对话框也会略有不同 图8 4工作层面编辑对话框 按钮 它的功能是用来设置PCB板中的钻孔属性 按钮 它的功能是用来提供与上面介绍的功能按钮相对应的菜单命令 在PCB板设计的过程中 设计人员会发现在PCB编辑器设计工作平面的底部有一些工作层面标签 这些工作层面标签是通过工作层面设置对话框来管理的 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Design BoardLayers 后 这时便会弹出PCB板的工作层面设置对话框 如图8 5所示 图8 5工作层面设置对话框 在工作层面设置对话框中 可以看出有6个区域分别设置在PCB板设计工作平面中要显示的工作层面以及颜色设置 在各个区域中 每一工作层面或者选项后面都有一个 Show 复选框 选中该复选框则相应的工作层面标签会在工作平面中显示出来 单击 Show 复选框前面的 Color 选择框 这时将会弹出颜色选择对话框 在该对话框中可以对PCB板中的工作层面和系统选项的显示颜色进行设置 下面对工作层面设置对话框中 SystemColors 区域中的各个选项进行一下简单说明 ConnectionsandFromTos PCB板中的电气连接预拉线 DRCErrorMarkers PCB板中的DRC检查错误标志 Selections PCB板中的选中区域 VisibleGrid1 可视栅格1 VisibleGrid2 可视栅格2 PadHoles 焊盘中心孔 ViaHoles 过孔中心孔 BoardLineColor PCB板边框线颜色 BoardAreaColor PCB板区域颜色 SheetLineColor PCB板图纸边框线颜色 SheetAreaColor PCB板图纸区域颜色 WorkspaceStartColor 工作窗口面板的起始颜色 WorkspaceEndColor 工作窗口面板的结束颜色 在工作层面设置对话框中 一些常用的复选框和功能按钮的具体功能如下所示 OnlyshowlayersinlayerStack 复选框 该复选框的功能是用来设置是否只显示工作层面堆栈管理器中设定的工作层面 如果选中该复选框 那么只显示工作层面堆栈管理器中设定的工作层面 否则将显示所有的工作层面 按钮 用来使所有的工作层面或者选项在设计工作平面中显示出来 按钮 用来使所有的工作层面或者选项在设计工作平面中不显示 按钮 用来使常用的工作层面或者选项在设计工作平面中显示出来 按钮 用来使选中的工作层面或者选项在设计工作平面中显示出来 按钮 用来使选中的工作层面或者选项在设计工作平面中不显示 按钮 用来取消工作层面或者选项的选中状态 按钮 用来进行默认的颜色设置 按钮 用来进行标准的颜色设置 一般情况下 设计人员经常采用双面板来进行PCB板的设计 双面板经常包含的工作层面有顶层 TopLayer 底层 BottomLayer 机械层 Mechanical 顶层丝印层 TopOverlay 禁止布线层 Keep OutLayer 和复合层 Multi Layer 这里 将采用双面板的结构来进行Z80Processor的PCB板设计 在图8 1所示的项目文件中 按照前面介绍的建立PCB文件的具体方法新建一个名称为 Mydesign PCBDOC 的PCB文件 然后执行菜单命令 Design LayerStackManager 在弹出的工作层面堆栈管理器中设置为双面板 单击 OK 按钮完成工作层面的设定 接下来执行菜单命令 Design BoardLayers 打开工作层面设置对话框 在系统默认选项的基础上 再选中 DrillDrawing 工作层面后面的 Show 复选框和 VisibleGrid1 后面的 Show 复选框 单击 OK 按钮即可完成工作层面和颜色显示的设置工作 最后执行菜单命令 File Save 进行PCB文件的保存操作 从而完成PCB板工作层面的全部设置工作 8 1 2环境参数的设置在PCB编辑器中 执行菜单命令 Design Options 或者按下快捷键O B 这时将会弹出PCB板的工作环境参数设置对话框 如图8 6所示 图8 6工作环境参数设置对话框 从图8 6中可以看出 环境参数设置对话框中包括以下各项设置 1 度量单位 MeasurementUnit 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板中的度量单位 单击 Unit 选择栏中的按钮可以选择英制单位 Imperial 或者公制单位 Metric 2 捕获栅格 SnapGrid 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板中光标捕获对象时的最小距离 设计人员既可以直接在选择栏中输入设置的数值 也可以通过单击右侧的按钮来选择捕获栅格的数值 3 元件栅格 ComponentGrid 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板中元件捕获栅格的最小距离 同样 设计人员既可以直接在选择栏中输入设置的数值 也可以通过单击右侧的按钮来选择元件栅格的数值 4 电气栅格 ElectricalGrid 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板中的电气栅格 即系统向四周搜索电气节点的半径 可以看出 这个区域中包括以下两项设置 ElectricalGrid 复选框 用来设置是否允许系统进行电气栅格捕获 如果选中该复选框 那么系统将进行电气栅格捕获 否则将不进行电气栅格捕获 Range 输入栏 用来设置电气栅格的捕获范围 5 可见栅格 VisibleGrid 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板图纸上可见栅格的距离 可以看出 这个区域中包括以下3项设置 Markers 选择栏 用来设置可见栅格的显示类型 单击选择栏右侧的按钮可以选择点型 Dots 可视栅格和线型 Lines 可见栅格 Grid1 输入选择栏 用来输入或者选择PCB板中的第一可视栅格 Grid2 输入选择栏 用来输入或者选择PCB板中的第二可视栅格 6 图纸位置 SheetPosition 设置区域这个区域的功能是用来设置PCB板图纸的具体位置 可以看出 这个区域中包括以下5项设置 X Y 输入栏 用来设置PCB图纸左下角顶点的坐标值 Width 输入栏 用来设置PCB图纸的宽度 Height 输入栏 用来设置PCB图纸的高度 DisplaySheet 复选框 用来设置是否显示PCB板的图纸 LockSheetPrimitive 复选框 用来设置是否锁定PCB的图纸结构 掌握了环境参数设置对话框中各个区域的具体功能后 就可以对 Mydesign PCBDOC 文件进行具体的环境参数设置了 对环境参数设置对话框中的各个区域进行设置 设置的各个参数如图8 7所示 然后单击 OK 按钮即可完成环境参数的设置工作 最后执行菜单命令 File Save 进行PCB文件的保存操作 图8 7设置后的环境参数设置对话框 8 1 3电路板的规划设置电路板的规划是指根据设计公司或者制造商的要求来确定电路板的物理边界和电气边界 一般来说 电路板的物理边界用来限制电路板的外形 外部尺寸以及安装孔位置等 而电气边界则用来限制放置元件和布线的范围 根据两者的定义不难看出 电路板的电气边界一般要小于电路板的物理边界 1 确定电路板的物理边界在PCB编辑器中 确定电路板物理边界的具体步骤为 打开前面新建的PCB文件 Mydesign PCBDOC 单击PCB板设计工作窗口下面的标签 这样就可以将工作层面切换到机械层 Mechanical1 上 执行菜单命令 Place Keepout Track 这时系统将处于绘制边界的命令状态下 鼠标光标将变成大十字形 由于绘制边界的方法与前面放置导线和直线的方法类似 因此就不再介绍具体的绘制方法了 这里 我们绘制了一个矩形框 这个矩形框的四个顶点坐标分别为 2400 3400 7040 3400 7040 7040 和 2400 7040 线宽为 8mil 可以看出 这里设置的PCB板的物理边界为4640mil 3640mil的矩形框 2 确定电路板的电气边界在PCB编辑器中 确定电路板电气边界的具体步骤为 单击PCB板设计工作窗口下面的标签 这样就可以将PCB板的工作层面切换到禁止布线层 执行菜单命令 Place Keepout Track 这时系统将处于绘制边界的命令状态下 鼠标光标将变成大十字形 利用这个绘制边界工具绘制一个矩形框 这个矩形框的四个顶点坐标分别为 2420 3420 7020 3420 7020 7020 和 2420 7020 线宽为 12mil 可以看出 这里设置的PCB板的电气边界为4600mil 3600mil的矩形框 通过上面的操作 我们就确定了电路板的物理边界和电气边界 这时的PCB文件如图8 8所示 可以看出 电路板的电气边界小于它的物理边界 图8 8确定电路板的物理边界和电气边界 在确定了PCB板的物理边界和电气边界之后 读者会发现PCB板的外形边框有时候并不在确定的物理边界之内 如图8 8所示 因此 这时需要对PCB板的外形边框进行调整 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Design BoardShape 后将会弹出一个下拉菜单 如图8 9所示 图8 9编辑PCB板外形边框的命令菜单 在图8 9所示的命令菜单中 各个菜单命令的具体功能如下所示 RedefineBoardShape 命令 用来重新定义PCB板的外形边框 MoveBoardVertices 命令 用来移动PCB板的外形边框顶点 MoveBoardShape 命令 用来移动PCB板的外形边框 Definefromselectedobjects 命令 用来根据选中的区域来定义外形边框 Auto PositionSheet 命令 用来自动定位图纸 一般情况下 PCB板的外形边框是与电路板的物理边界重合在一起的 现在使用上面的菜单命令来重新定义PCB板的外形边框 目的是为了使它与电路板的物理边界重合在一起 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Design BoardShape RedefineBoardShape 后 PCB板设计平面将变成绿色 此时鼠标光标变成大十字形 移动光标到物理边界的4个坐标顶点 2400 3400 7040 3400 7040 7040 和 2400 7040 上 分别单击鼠标左键即可确定PCB板外形边框的顶点位置 然后单击鼠标右键或者按下Esc键退出重新定义PCB板外形边框的命令状态 从而完成PCB板外形边框的重新定义操作 重新定义PCB板的外形边框后 这时的PCB板图纸如图8 10所示 图8 10重新定义的PCB板外形边框 完成了电路板的规划设置后 接下来就可以进行PCB板的具体设计了 这里需要注意的是 在进行具体的PCB板设计之前 设计人员一定要先进行PCB板物理边界和电气边界的规划 然后才能进行PCB板的具体设计 否则将会给后续的工作带来很大的麻烦 8 2网络和元件封装的装入网络与元件封装的装入过程实际上是一个将原理图设计的数据装入到PCB板设计系统中的过程 对于这个装入过程 设计人员仍然可以像先前Protel版本那样通过网络报表来实现 由于ProtelDXP实现了真正的双向同步设计 因此设计人员可以不生成网络报表也能实现原理图设计数据的装入 8 2 1装载元件库在进行PCB板的具体设计之前 设计人员必须确认与电路原理图和PCB板相关联的所有元件库均已装载并可以使用 虽然ProtelDXP系统在启动PCB编辑器时已经自动装载了两个默认的集成库 MiscellaneousDevices IntLib和MiscellaneousConnectors IntLib 并且这两个集成库中已经包括了一些常用的元件封装 但是有时候还是需要装载其他的元件集成库 以便调用PCB板设计中需要使用的元件封装 在PCB编辑器中 执行菜单命令 View WorkspacePanels Libraries 或者单击设计工作窗口右侧边缘的标签 这时均可以启动如图8 11所示的库文件工作窗口面板 图8 11PCB编辑器中的库文件工作窗口面板 8 2 2装入网络与元件封装一 利用PCB编辑器中的菜单命令在PCB板的设计过程中 利用PCB编辑器中的菜单命令来装入网络和元件封装的具体操作步骤为 1 首先打开ProtelDXP安装目录下的 Examples Z80 stages 中的项目文件 Z80Processor stages 和前面新建的PCB文件 Mydesign PCBDOC 这时将会同时启动ProtelDXP设计系统中的PCB编辑器 2 执行命令 Design ImportChangesFrom Z80Processor stages PRJPCB 后 这时将会弹出如图8 12所示的 EngineeringChangeOrder 对话框 图8 12 EngineeringChangeOrder 对话框 3 在图8 12所示的对话框中 单击功能按钮后可以检查将要装入到PCB文件 Mydesign PCBDOC 中的网络和元件封装是否正确 如果网络和元件封装检查正确 那么 Status 区域中的相应 Check 栏中将出现正确标记 如果网络和元件封装检查不正确 那么 Status 区域中的相应 Check 栏中将出现错误标记 对于具有错误标记的元件来说 一般是没有找到正确的元件封装 原因大多数是因为没有装载指定的元件集成库 只要仔细对照原理图设计时引用的各个元件库 基本上可以将错误改正过来 4 如果上面的检查没有错误 那么单击功能按钮就可以将网络和元件封装装入到PCB文件 Mydesign PCBDOC 中 这时 PCB编辑器将会一项一项地执行网络和元件封装的装入操作 如果网络和元件封装的装入操作正确的话 那么 Status 区域中的相应 Done 栏中将出现正确标记 如果网络和元件封装的装入操作不正确 那么 Status 区域中的相应 Done 栏中将出现错误标记 如果网络和元件封装的装入操作都没有错误的话 那么相应的网络和元件封装将装入到当前PCB板的设计工作平面上 完成网络和元件封装的检查和装入操作后 这时的 EngineeringChangeOrder 对话框如图8 13所示 图8 13完成检查和装入操作后的 EngineeringChangeOrder 对话框 5 如果设计人员想要查看更加详细的网络和元件封装信息 可以直接单击图8 13所示对话框中的功能按钮 这时将会弹出如图8 14所示的报告预览对话框 图8 14报告预览对话框 在图8 14所示的报告预览对话框中 如果设计人员想要保存网络和元件封装信息报告文件 那么只需要单击对话框底部的按钮导出信息报告或者单击按钮直接进行信息报告的打印操作 6 完成网络和元件封装的检查和装入操作后 单击按钮关闭 EngineeringChangeOrder 对话框 这时可以看到网络和元件封装已经装入到当前的 Mydesign PCBDOC 设计工作平面上了 如图8 15所示 可以看出 这时装入的网络和元件封装位于PCB板的物理边界和电气边界之外 网络和元件封装之间的连接关系以预拉线的形式进行连接 它是用来指引布线的依据 图8 15装入网络和元件封装后的PCB文件 在图8 15中 为了更好地表示装入的网络和元件封装与PCB板之间的关系 这里将PCB板的图纸隐藏起来了 隐藏PCB板图纸的操作很简单 只需要在图8 7所示的环境参数设置对话框中不选中 DisplaySheet 复选框即可 二 利用原理图编辑器中的设计同步器在PCB板的设计过程中 利用原理图编辑器中的设计同步器来装入网络和元件封装的具体操作步骤为 1 首先打开ProtelDXP安装目录下的 Examples Z80 stages 中的项目文件 Z80Processor stages 和前面新建的PCB文件 Mydesign PCBDOC 这时将会同时启动ProtelDXP设计系统中的PCB编辑器 2 在项目工作窗口面板中 选中原理图文件 Z80Processor SchDoc 并打开 这时系统将会切换到原理图编辑器中 3 在原理图编辑器中 执行菜单命令 Design UpdatePCBMydesign PCBDOC 后 这时将会弹出和图8 12完全相同的 EngineeringChangeOrder 对话框 接下来的操作步骤与利用PCB编辑器中的菜单命令来装入网络和元件封装的操作步骤完全相同 从图8 15中可以看出 完成网络和元件封装的装入操作后 PCB板中的所有元件封装分别放置在名称为 SerialInterface SerialBaudClock PowerSupply Memory ProgrammablePeripheralInterface CPUSection 和 CPUClock 的模块 Room 区域中 这些模块区域在图8 15中是以绿色网格的形式进行显示的 通常情况下 PCB板设计过程中并不需要使用这些模块区域 而且这些模块区域的存在会给设计人员的手工布局和布线带来一定的视觉影响 因此这里建议将这些模块区域删除 删除的具体操作步骤为 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Edit Delete 这时系统处于删除命令状态下 鼠标光标变成大十字形 然后移动光标到需要删除的模块区域上 单击鼠标左键即可完成一个模块区域的删除操作 重复执行前面的操作 可以完成多个模块区域的删除工作 最后单击鼠标右键或者按下Esc键即可退出删除命令状态 这里需要注意的是 在选取删除的模块区域时 一定要避免将PCB板中的元件封装删除 删除图8 15中的6个模块区域后 这时的PCB文件如图8 16所示 图8 16删除模块区域后的PCB文件 8 3元件的布局为什么要进行元件的布局呢 从图8 16中可以看出 装入到PCB板中的元件封装很不规则 这种情况下是无法进行布线的 因此元件的布局在PCB板的设计中是十分必要的 布局是PCB板设计中非常重要的工作 它的好坏将直接影响到PCB板的优劣 因此元件布局应该多方面考虑 合理安排 在元件布局的过程中 设计人员应该考虑机械要求 信号完整性 抗电磁干扰性能以及布通率等各种问题 这样才能够完成一个好的元件布局 一般来讲 元件的布局可以分为两种方式 自动布局和手工布局 所谓自动布局就是指系统按照定义好的设计规则自动地在PCB板上进行元件的布局 这种方法将会大大提高设计人员的工作效率 手工布局是指设计人员手工在PCB板上进行元件的布局 主要操作是移动元件和调整元件序号等操作 通常情况下 设计人员一般是先进行自动布局操作 然后再采用手工布局来对不符合设计要求的元件进行调整操作 这样基本上能够很好地完成PCB板上的元件布局操作 8 3 1元件布局设计规则PCB编辑器中的设计规则是PCB板设计的基本准则 它制约着PCB板设计中的一些操作 例如自动布局和自动布线等操作 ProtelDXP设计系统为设计人员提供了内容非常丰富的设计规则 总共包括10个类别的设计规则 一般来说 如果设计人员直接使用这些设计规则的系统默认值 完全有可能完成整个PCB板的设计工作 不过有可能后续修改操作的工作量很大 在进行PCB板的具体设计之前 如果设计人员能够根据设计的要求设置好这些设计规则 那么将会大大方便于后续的PCB板设计工作 从而提高设计效率 节省大量的人力 物力和时间 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Design Rules 这时将会弹出PCB设计规则和约束编辑器对话框 如图8 17所示 从图8 17中可以看出 PCB设计规则和约束编辑器对话框主要包括10大类设计规则的设置 它们分别是 电气规则 Electrical 布线规则 Routing 表面贴元件规则 SMT 防护层规则 Mask 覆铜规则 Plane 测试点规则 Testpoint 制造规则 Manufacturing 高频电路规则 HighSpeed 布局规则 Placement 和信号完整性分析规则 SignalIntegrity 图8 17PCB设计规则和约束编辑器对话框 在进行自动布局之前 设计人员首先要对图8 17所示对话框中的布局规则 Placement 进行设置 这样设置好的布局规则能够更加有效地进行元件的自动布局操作 单击上面对话框中的 Placement 规则项左边的按钮 这时将会弹出如图8 18所示的5个布局设计规则 下面将对这5个设计规则的设置进行介绍 图8 18布局规则 Placement 设置 1 RoomDefinition 规则 RoomDefinition 规则的主要功能是用来定义模块区域 Room 的尺寸以及它在PCB板中所处的工作层面 在图8 18所示的对话框中 选中 RoomDefinition 规则选项后单击鼠标右键 然后在弹出的菜单中选择 NewRules 这时在选项下面会出现一个 RoomDefinition 子项 在新出现的子项上双击鼠标左键 这时对话框的右侧将会弹出一个设计规则编辑界面 如图8 19所示 图8 19新建 Room 规则的编辑界面 在图8 19所示的编辑界面中 主要包括以下几个区域的设置 规则名称区域 这个区域主要是用来定义新建规则的名称 描述信息和系统所提供的唯一编号 可以看出 这个区域包括下列3个输入栏 Name 输入栏 输入新建规则的名称 Comment 输入栏 输入新建规则的描述信息 UniqueID 输入栏 输入新建规则在系统中的唯一编号 WheretheFirstobjectmatches 区域 这个区域主要是用来设置新建规则的适用对象和范围等 可以看出 这个区域主要包括了一些使用对象和范围的选择项 由于这些设置比较简单 这里就不介绍了 Constraints 区域 这个区域主要是用来对新建规则的属性进行约束 可以看出 这个区域主要包括以下4项 y1 输入栏 用来设置 Room 区域的下端纵坐标 y2 输入栏 用来设置 Room 区域的上端纵坐标 TopLayer 选择栏 用来设置 Room 区域所在的工作层面 单击右侧的下拉式按钮 可以选择工作层面 即顶层 TopLayer 和底层 BottomLayer KeepObjectsInside 选择栏 用来设置元件封装的具体放置位置 它可以放在 Room 区域的内部或者外部 单击右侧的下拉式按钮 可以选择 KeepObjectsInside 和 KeepObjectsOutside 2 ComponentClearance 规则 ComponentClearance 规则的主要功能是用来定义自动布局时元件封装间的安全间距 在图8 18所示的对话框中 单击该选项下面的 ComponentClearance 子项 这时对话框的右侧将会弹出 ComponentClearance 规则的编辑界面 如图8 20所示 图8 20 ComponentClearance 规则的编辑界面 Constraints 区域中主要用来设置元件布局的间距和检查模式 可以看出 这个区域主要包括以下两个选项 Gap 输入栏 用来设置元件封装之间的安全间距 CheckMode 选择栏 用来设置元件布局的检查模式 系统一般为设计人员提供了3种检查模式 QuickCheck 模式 快速检查模式 MultiLayerCheck 模式 多层检查模式 FullCheck 模式 全面检查模式 3 ComponentOrientations 规则 ComponentOrientations 规则的主要功能是用来定义元件封装放置时的方向 在PCB设计规则和约束编辑器对话框中 选中 ComponentOrientations 规则后单击鼠标右键 然后在弹出的菜单中选择 NewRules 这时将会出现一个 ComponentOrientations 子项 在新出现的子项上双击鼠标左键 这时对话框的右侧将会弹出一个设计规则编辑界面 如图8 21所示 图8 21新建 ComponentOrientations 规则的编辑界面 Constraints 区域主要是用来设置元件封装放置时的方向 可以看出 这个区域主要包括以下5个角度选项 0Degrees 复选框 元件封装放置时的旋转角度为0度 90Degrees 复选框 元件封装放置时的旋转角度为90度 180Degrees 复选框 元件封装放置时的旋转角度为180度 270Degrees 复选框 元件封装放置时的旋转角度为270度 AllOrientations 复选框 元件封装放置时可以按照任意角度旋转 4 PermittedLayers 规则 PermittedLayers 规则的主要功能是用来定义元件自动布局时元件封装所放置的工作层面 在PCB设计规则和约束编辑器对话框中 选中 PermittedLayers 规则后单击鼠标右键 然后在弹出的菜单中选择 NewRules 这时将会出现一个 PermittedLayers 子项 在新出现的子项上双击鼠标左键 这时对话框的右侧将会弹出一个设计规则编辑界面 如图8 22所示 图8 22新建 PermittedLayers 规则的编辑界面 Constraints 区域主要是用来设置元件封装所应放置的工作层面 可以看出 这个区域包括两个选项 TopLayer 复选框 设置元件封装放置的工作层面为顶层 元件层 BottomLayer 复选框 设置元件封装放置的工作层面为底层 焊锡层面 对于通孔式的元件封装来说 通常是将所有的元件封装放置在PCB板的顶层 而对于表面贴式的元件封装来说 有时候则可以考虑将它们放置在PCB板的底层 5 NetstoIgnore 规则 NetstoIgnore 规则的主要功能是用来定义元件自动布局时忽略的网络 一般来说 在元件自动布局时 忽略电源网络和地线网络可以使布局的速度和质量都有所提高 从而提供PCB板的设计效率 在PCB设计规则和约束编辑器对话框中 选中 NetstoIgnore 规则后单击鼠标右键 然后在弹出的菜单中选择 NewRules 这时将会出现一个 NetsToIgnore 子项 在新出现的子项上双击鼠标左键 这时对话框的右侧将会弹出一个设计规则编辑界面 如图8 23所示 图8 23新建 NetsToIgnore 规则的编辑界面 在完成上面布局规则 Placement 的设置工作以后 单击按钮即可将布局规则的设置信息记录下来 接下来就可以进行元件的自动布局工作了 8 3 2元件的自动布局首先 这里来介绍一下PCB编辑器中有关元件自动布局的相关命令 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Tools AutoPlacement 这时将会弹出如图8 24所示的有关自动布局的命令菜单 图8 24PCB编辑器中的自动布局命令菜单 这些自动布局菜单命令的具体功能如下所示 AutoPlacer 命令 该菜单命令的功能是用来进行元件的自动布局操作 StopAutoPlacer 命令 该菜单命令的功能是用来停止元件的自动布局操作 Shove 命令 该菜单命令的功能是用来进行元件的推挤操作 在PCB编辑器中 执行该菜单命令后 鼠标光标将变成十字形 接下来利用鼠标左键单击进行推挤操作的基准元件 如果基准元件与周围元件之间的距离小于允许的安全间距 那么系统将以基准元件为中心 向四周推挤其他元件 如果基准元件与周围元件之间的距离大于安全间距 那么系统将不执行推挤操作 SetShoveDepth 命令 该菜单命令的功能是用来设置推挤命令的具体深度 在PCB编辑器中 执行该菜单命令后 系统将会弹出一个推挤深度设置对话框 如果设计人员在对话框中输入要推挤的深度数值x后 那么在执行推挤操作时 系统将会以基准元件为中心向四周推挤其他元件x次 PlaceFromFile 命令 该菜单命令的功能是用来从文件中放置元件 其次 我们来介绍一下有关自动布局参数的具体设置方法 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Tools AutoPlacement AutoPlacer 这时系统将会弹出如图8 25所示的自动布局参数设置对话框 图8 25自动布局参数设置对话框 通过该参数设置对话框 设计人员可以设置元件自动布局的方式 在PCB编辑器中 系统为设计人员提供了两种自动布局的方式 ClusterPlacer 布局方式 这种基于组的元件自动布局方式将根据PCB板中的连接关系将元件划分为若干个组 然后按照一定的几何关系来放置这些元件组 通常 这种布局方式是以布局面积最小为基准 同时它可以将元件名称和序号隐藏 此外 如果选中该中布局方式 那么对话框的下面将会出现一个 QuickComponentPlacement 复选框 这个复选框的功能是用来设置是否进行快速布局操作 如果选中该复选框 那么系统将会加快元件的自动布局速度 否则不加快布局速度 StatisticalPlacer 布局方式 这种基于统计的元件自动布局方式将按照元件之间的连线最短为基准来进行布局操作 由于这种方式是采用统计算法来放置元件 因此它非常适用于元件数目较多的PCB板设计 在8 25所示的自动布局参数设置对话框中 选中 StatisticalPlacer 选择框 这时的自动布局参数设置对话框如图8 26所示 图8 26统计布局方式下的参数设置对话框 可以看出 这时参数设置对话框中有6项参数设置 这6个参数的具体功能如下所示 GroupComponents 复选框 这个复选框的功能是用来设置是否将PCB板中网络连接关系密切的元件划分为一组 这样在进行自动布局时将把该组的元件作为一个整体而不是个体来考虑 RotateComponents 复选框 这个复选框的功能是用来设置自动布局时是否根据PCB板中网络连接和排列的需要 来适当旋转元件或者元件组 AutoPCBUpdate 复选框 这个复选框的功能是用来设置自动布局时是否自动进行PCB板更新 PowerNets 输入栏 用来输入电源网络名称 一般将其设置为 VCC GroundNets 输入栏 用来输入接地网络名称 一般将其设置为 GND GridSize 输入栏 用来设置元件自动布局时的栅格大小 在自动布局参数设置对话框中 按照PCB板设计的要求对自动布局的参数设置完毕后 单击 OK 按钮系统将进入到元件的自动布局状态 在元件的自动布局过程中 PCB编辑器中的状态栏进度条将会显示出自动布局的进行情况 元件的自动布局完成后 这时的PCB板如图8 27所示 图8 27自动布局后的PCB板 8 3 3元件布局的手工调整设计人员不能完全依赖系统的自动布局操作 在自动布局操作后往往需要对其进行手工布局操作 从而使它能够完全符合PCB板设计的需要 在PCB编辑器中 设计人员对自动布局后的PCB板进行手工布局 实际上就是对元件进行移动 排列以及修改元件封装序号等操作 下面采用手工布局的方法对图8 27所示的PCB板进行手工调整 首先来进行元件封装的移动操作 一 元件布局的移动调整 1 在图8 27中可以看到 接插件元件封装并没有放置在PCB板的边缘部分 这在PCB板的设计中一般是不允许的 利用前面7 4节中介绍的移动元件封装的方法 这里可以将接插件元件 J1 J2 和 J3 移动到PCB板的左面边缘部分 然后对它们进行相应的旋转操作 调整后的PCB板如图8 28所示 图8 28接插件 J1 J2 和 J3 调整后的PCB板 2 在图8 28所示PCB板的基础上 对其他的元件进行如下调整 将元件 U11 调整到元件 U12 的左边 并且顺时针旋转90度 将元件 C5 调整到元件 SW1 的下边 并且顺时针旋转180度 将元件 U8 调整到元件 C5 的下边 将元件 C7 调整到元件 U8 的左边 并且逆时针旋转90度 将元件 U10 调整到元件 C7 的左边 并且逆时针旋转180度 将元件 U9 调整到元件 U1 的左边 并且顺时针旋转90度 将元件 C1 调整到元件 U1 的上面 并且顺时针旋转90度 将元件 C10 调整到元件 U10 的下边 并且顺时针旋转90度 将元件 C9 调整到元件 C10 的下边 并且顺时针旋转90度 将元件 XTAL1 调整到元件 U9 的左边 并且逆时针旋转90度 将元件 XTAL2 调整到元件 XTAL1 的左边 并且逆时针旋转90度 将元件 R2 调整到元件 C9 的下边 并且逆时针旋转90度 将元件 R1 调整到元件 R2 的下边 并且逆时针旋转90度 将元件 R3 调整到元件 R1 的下边 将元件 R5 调整到元件 R3 的下边 将元件 R7 调整到元件 R5 的下边 并且逆时针旋转90度 将元件 R4 调整到元件 R7 的下边 并且逆时针旋转90度 进行完上面的调整操作后 这时的PCB板如图8 29所示 从图中可以看出 通过元件封装的移动操作 基本上可以将元件在PCB板上布局的更加合理 从而利于后面的PCB板布线操作 图8 29对元件进行移动调整后的PCB板 二 元件布局的排列调整经过元件的移动操作后 PCB板上的元件布局基本上已经合理 元件基本上已经排列整齐了 这里需要注意的是 由于上面元件的移动与排列操作是手工调整的 因此元件的排列与对齐会有一定的误差 为了解决这个问题 PCB编辑器中也为设计人员提供了一系列的排列与对齐命令 这些命令可以极大地提高设计人员的工作效率 从而使PCB板的元件布局更加准确 美观 在ProtelDXP设计系统的PCB编辑器中 首先执行菜单命令 Tools InteractivePlacement 这时将会弹出如图8 30所示的排列与对齐命令菜单 图8 30排列与对齐命令菜单 在排列与对齐命令菜单中 各个菜单命令的具体功能如下所示 AlignLeft 命令 用来将选取的元件以最左端的元件为基准进行纵向对齐 AlignRight 命令 用来将选取的元件以最右端的元件为基准进行纵向对齐 AlignTop 命令 用来将选取的元件以最上端的元件为基准进行横向对齐 AlignBottom 命令 用来将选取的元件以最下端的元件为基准进行横向对齐 CenterHorizontal 命令 用来将选取的元件以最左端元件和最右端元件的中间位置为基准进行纵向对齐 CenterVertical 命令 用来将选取的元件以最上端元件和最下端元件的中间位置为基准进行横向对齐 HorizontalSpacing 命令 用来将选取的元件在最左端元件和最右端元件之间按照一定的规则进行放置 在这个菜单命令中 包含有3个子命令 MakeEqual 用来进行等间距排列 Increase 用来进行递增间距排列 Decrease 用来进行递减间距排列 VerticalSpacing 命令 用来将选取的元件在最上端元件和最下端元件之间按照一定的规则进行放置 同样 它也包含3个子命令 MakeEqual 用来进行等间距排列 Increase 用来进行递增间距排列 Decrease 用来进行递减间距排列 Align 命令 它的功能是用来将选取的元件同时进行水平和垂直两个方向上的排列与对齐操作 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Tools InteractivePlacement Align 这时将会弹出如图8 31所示的 AlignComponents 设置对话框 图8 31 AlignComponents 设置对话框 从图8 31中可以看出 这个对话框只包括 Horizontal 和 Vertical 两个区域的设置 其中 Horizontal 区域的主要功能是用来设置元件的水平对齐选项 而 Vertical 区域的功能则是用来设置元件的垂直对齐选项 在 Horizontal 区域和 Vertical 区域中 不难看出它包括以下几个选项设置 NoChange 选项 水平 垂直方向上不改变位置 Left 选项 等同于 AlignLeft 选项 Center 选项 等同于 CenterHorizontal CenterVertical 选项 Right 选项 等同于 AlignRight 选项 Spaceequally 选项 水平 垂直方向上等间距排列 Top 选项 等同于 AlignTop 选项 Bottom 选项 等同于 AlignBottom 选项 PositonComponentText 命令 它的功能是用来对选取元件的序号和注释信息等文本按照一定的方式进行排列 在PCB编辑器中 执行菜单命令 Tools InteractivePlacement PositonComponentText 这时系统将会弹出文本排列设置对话框 如图8 32所示 在设置对话框中 系统为设计人员提供了10种文本信息的排列位置 它们的具体位置如对话框种的空心小圆圈所示 图8 32文本排列设置对话框 ArrangeWithi