Protel.doc

2.2 Protel 入门Protel是电路CAD软件，具有电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计、可编程逻辑器件设计等功能，是目前国内使用最广泛的电路CAD软件若已学习了电路原理、计算机基础，能够阅读英文“Help”，那么，完全可以通过自学而熟练使用Protel在学习中遇到的较多的困难往往不是如何使用软件，而是电路原理方面的问题以下给出一个使用Protel 99 SE的例子，供初次使用时模仿该例要求用OP07设计一个放大倍数为10倍的同相放大器点击桌面快捷符号，进入该软件，出现图2-2-1所示窗口点击File，再点击菜单中的New，在窗口中可写入文件的名称，亦可选择默认名称Mydesign.ddb，然后点击Ok出现图2-2-2所示窗口1. 绘制电路原理图（SCH）点击File，在菜单中点击New，出现图2-2-3所示窗口在窗口中点击Schematic Document ，出现图2-2-4点击Add/Remove，出现图2-2-5所示窗口该窗口的元件只有Sim.ddb可做仿真，其余都不能做仿真仿真用的是SpiceSim.ddb库中的元件有Spice描述，而其余元件库中的元件没有Spice描述在窗口中点击Sim.ddb，然后点击Add，再点击Ok，窗口中出现元件表，如图2-2-6所示 放置元件在本例中需要放置的元件有：运放OP07、电阻、直流电源、交流信号源和地在Library栏下选中OpAmp.Lib，在OpAmp.Lib列出的元件库中按英文字母顺序找到OP07，鼠标左键点击OP07，鼠标左击Place，这时出现一个运放符号，用鼠标将其拖到图纸的适当地方，左击鼠标，运放就被放到了图纸上在Library栏下选中Simulation Symbols.Lib，在Simulation Symbols. Lib 栏下找到RES，如上述过程就可将电阻放到图纸上本例需要两个电阻点击Simulate，出现下拉菜单，如图2-2-7所示选择Sourse +12V，将其拖到适当的地方放置同理，可放置-12V和交流信号源在图2-2-7中点击“地”符号，可将“地”符号放到图纸上连线前先整理元件摆放的位置将鼠标光标放在元件附近，按键盘的Page Up键，将元件放大（按Page Down键是缩小）将鼠标移至需要移动的元件，左击鼠标并按住，拖动鼠标就可以移动元件将鼠标移至需要旋转的元件，左击鼠标并按住，点击键盘“Y”，元件上下旋转180；点击键盘“X”元件左右旋转180；点击键盘“Space”，元件旋转90 连线在图2-2-7中鼠标左击，将出现一个大符号“十”，将其拖到需要电连线的起点，左击鼠标，然后将鼠标拖到电连线的终点，先左击鼠标，再右击鼠标，一条电连线就画好了然后可开始画另一条线线画完后右击鼠标就退出了画电连线 修改图纸大小由于本电路图较简单，而图纸过大，修改图纸大小左击Design，在菜单中左击Options，在Sheet Options栏下修改Custom Width ，输入600，修改Custom Heigth，输入380，左击Ok，图纸就按要求变小了若图不在图纸中间，左击，然后选择要移动的部分左击Edit、Move、Move Selection， 用鼠标将电路图拖到希望的位置再左击，去除选择，电路就被固定在新的位置了图2-1-1 Protel工作窗口图2-2-2 建立工程MyDesign.ddb图2-2-3 新建Sch文件图2-2-4打开新建Sch文件图2-2-5 添加Sim.ddb图2-2-6 Sim.ddb元件列表图2-2-7 放置直流电源和信号源图2-2-8 同相放大器 输入元件参数双击运放，出现如图2-2-9左侧的窗口在窗口中Footprint栏下输入DIP8，这表示运放的封装，这是为设计印刷电路板做准备在“Designate”栏中输入“U1”，这是给运放一个编号，每一个元件都应有编号左击Read-Only Fields，出现图2-2-9右侧所示窗口，该窗口所示内容是Spice 对OP07的描述若在绘制电路原理图时用的元件不是从Sim.ddb中取出的，那么，该窗口中将没有内容，也就不能对电路做仿真按同样的步骤，输入R1、R2的元件编号、参数（R1阻值90k，R2阻值10k）和封装其中，电阻的封装为axial0.4，这表示电阻两个引脚之间的距离为0.4英寸，约为1厘米双击信号源V？，出现如图2-2-10（1）的窗口，在窗口“Footprint”栏中写入图2-2-9 输入运放参数（1） （2）图2-2-10 输入信号源参数图2-2-11 输入电源参数 图2-2-12 更改网络标号“MT6CON2V”，表示为两芯插座，两芯间距为3.96毫米在窗口“Designate”栏中写入“V1”在窗口中选择“Part Field”，出现如图2-2-10（2）的窗口，在窗口“AC”栏中部写入“1”，表示输入是交流；“Amplitude”栏中写入“100mV”，表示信号幅值；在“Frequency”栏中写入“1KHz”，表示频率双击电源V?，出现如图2-2-11的窗口，在窗口“Footprint”栏中写入“MT6CON3V”， “Designate”栏中写入“VP”，表示正直流电源，“Part”栏中写入“+12V”，表示电源电压双击+12V电源负端下面的符号，出现一个窗口修改窗口的内容如图2-2-12所示再双击+12V电源正端上面的符号，在出现的如图2-2-12的窗口中，将“Net”栏的内容改为“VCC”用同样的方法将负电源的符号改为VN，上面的“Net”符号改为“VEE”在做仿真时，程序将认为相同网络标号端是相连的用同样的方法将OP07的4管脚连接符号的“Net”改为“VEE”，“Style”改为“Bar”，将OP07的7管脚连接符号的“Net”改为“VCC”，“Style”改为“Bar”鼠标左击，屏幕上会出现一个虚框，将其拖至V1的上端，将出现一黑点，此时左击鼠标，双击网络标号，将其“Net”改为“INPUT”用同样的方法在运放的输出管脚6脚添加网络标号“OUTPUT”这时的电路图如图2-2-8所示 仿真 生成仿真使用的SPICE程序左击“Simulate”，在下拉菜单中选“Create SPICE Netlist”，就出现了下列SPICE文件“Sheet1.nsx”在仿真中若要修改元件参数，就可通过修改下列Netlist来实现*SPICE Netlist generated by Advanced Sim server on 03-8-30 9:37:32*for: Sheet1.nsx*Schematic Netlist:R1 NetR2_1 OUTPUT 90kR2 NetR2_1 0 10kXU1 INPUT NetR2_1 VCC VEE OUTPUT OP07V1 INPUT 0 DC 0 SIN(0 100mV 1KHz 0 0) AC 1VN VEE 0 -12VVP VCC 0 +12V AC 0 0.SAVE 0 INPUT NetR2_1 OUTPUT VCC VEE V1#branch VN#branch VP#branch V1z VNz.SAVE VPz R1i R2i R1p R2p V1p VNp VPp*PLOT AC -1 1 A=INPUT*PLOT TRAN -1 1 A=INPUT*Selected Circuit Analyses:.AC DEC 1000 1 1E7.TRAN 2E-5 0.005 0 2E-5.SET NFREQS=10.FOUR 1000 VP#branch VPp VN#branch VNp VEE VCC V1#branch V1p R2p R2i + R1p R1i OUTPUT NetR2_1 INPUT*Models and Subcircuit:.SUBCKT OP07 3 2 7 4 6* INPUTRC1 7 80 8.842E+03RC2 7 90 8.842E+03Q1 80 102 10 QM1Q2 90 103 11 QM2RB1 2 102 5.000E+02RB2 3 103 5.000E+02DDM1 102 104 DM2DDM3 104 103 DM2DDM2 103 105 DM2DDM4 105 102 DM2C1 80 90 5.460E-12RE1 10 12 1.948E+03RE2 11 12 1.948E+03IEE 12 4 7.502E-06RE 12 0 2.666E+07CE 12 0 1.579E-12* INTERMEDIATEGCM 0 8 12 0 5.668E-11GA 8 0 80 90 1.131E-04R2 8 0 1.000E+05C2 1 8 3.000E-11GB 1 0 8 0 1.294E+03* OUTPUTRO1 1 6 2.575E+01RO2 1 0 3.425E+01RC 17 0 6.634E-06GC 0 17 6 0 1.507E+05D1 1 17 DM1D2 17 1 DM1D3 6 13 DM2D4 14 6 DM2VC 7 13 2.803E+00VE 14 4 2.803E+00IP 7 4 2.492E-03DSUB 4 7 DM2* MODELS.MODEL QM1 NPN (IS=8.000E-16 BF=3.125E+03).MODEL QM2 NPN (IS=8.009E-16 BF=4.688E+03).MODEL DM1 D (IS=1.486E-08).MODEL DM2 D (IS=8.000E-16).ENDS OP07.END 仿真设置左击“Simulate”，在下拉菜单中选“Setup”，出现图2-2-13所示窗口在“General”窗口下共有九种分析可供选择，本例选“Transient/Fourier Ana”和“AC Small Signal Ana”左击“Transient/Fourier”打开窗口如图2-2-14所示选择“Transient Ana”，表示对电路的分析包含暂态选择“Fourier Ana”，表示对电路做傅里叶分析，这是一种稳态分析选择“Default Parameters”“Always set def”，表示本例输出波形显示选择为“默认”，输出波形显示为5个周期，每个周期计算50个点再左击“AC Small Signal”打开窗口如图2-2-15选择“AC Analy”，表示对电路输入输出做频率特性分析，即绘制电路的Bode 图至此，仿真的设置已完成 仿真在图2-2-15下方左击“Run Analyses”，窗口显示“Sheet1.sim”，这是对电路中有关量的傅里叶谐波分析的数值表述左击“Sheet1.sdf”出现图2-2-16所示窗口，但只有输入，这是对信号的傅里叶谐波分析的波形表述在“Waveforms”栏下选“output”，再选“Show”，就出现了输出的波形若要仔细观测输出时，可双击“output”，这时出现一个粗线方框，选“View Single”，就出现了图2-2-17所示的波形由图2-2-17可知，输出的基波是0dB，这表示其时域正弦波的幅值为1V（dB数=20Log(V/Vrefm)，Vrefm=1V），由此可知，电路的放大倍数是10；直流分量为68dB，这表示电路输出中存在漂移，约为0.4mV；还存在高次谐波，二次谐波约为110dB，很小应该说，输出波形的质量是很好的左击图2-2-17下方的“Transient Analysis”，出现图2-2-18所示窗口若要仔细观察输出的时域波形，可用选择图2-2-17窗口的方法得到图2-2-19在图2-2-19窗口的下方左击“AC Analysis”，会出现一个新的窗口在窗口中右击鼠标，会弹出一个小窗口，选“Scaling”，会出现另一个窗口，将该窗口修改如图2-2-20，可得到如图2-2-21所示的Bode图，即电路的幅频特性和相频特性由图可见，电路约在(0,11000)Hz的增益是20dB，即10倍，频率超过11kHz后，电路的增益随频率增大而减小；电路在频率超过1kHz后有明显的相移，其相移曲线与典型的二阶线性系统相似这些主要是由运放的频率特性引起的若实际运放的参数与Protel中的参数不一致，这时可通过修改“Sheet1.nsx”文件中运放的参数例如，修改运放的输入电容，在*Models and Subcircuit: SUBCKT OP07 3 2 7 4 6子程序中，将C2 1 8 3.000E-11改为C2 1 8 3.000E-10，则电路的频率特性曲线如图2-2-22所示将其与图2-2-21相比，可见两者相差较大Protel仿真的内容很多，这里仅仅是通过举例给出了部分最基本的使用方法进一步的学习应依靠学习者结合对具体电路的设计、仿真，借助“Help”，不断地自学图2-2-13设置仿真内容图2-2-14设置傅里叶分析图2-2-15设置频率特性分析图2-2-16 傅里叶分析波形描述图2-2-17 输出信号傅里叶分析 图2-2-18输入输出信号波形图2-2-19输出信号波形图2-2-20更改坐标设置图2-2-21 频率特性分析图2-2-22 更改运放参数示例 绘制印刷电路板图（PCB） 产生NET文件在图2-2-23所示的Sheet1.Sch窗口下选“Design”，在下拉菜单中选“Great Netlist”，这时会出现另一个窗口，左击“OK”，就产生了“Sheet1.NET”文件该文件将Sch图中的电连线信息和元件封装信息传送到PCB文件中去阅读“Sheet.NET”，可以检查Sch图的连线情况和封装情况进入PCB窗口在“Sheet1.NET”窗口下，左击“File”，在下拉菜单中选“New”，出现图2-2-24所示窗口在该窗口中选“PCB Document”，就出现了图2-2-25所示的PCB窗口在PCB窗口中左击“Browse”栏，在下拉菜单中选“Libraries”，再左击“Add/Remove”，出现如图2-2-26所示窗口，加装本电路所需的元件库，再击“Add”、“OK”，返回PCB窗口3）元件装载与布局在PCB窗口中选“Design”，在下拉菜单中选“Load Nets”，出现图2-2-27所示窗口在该窗口中选“Browse”，出现图2-2-28所示窗口在该窗口中选“Sheet NET”，产生图2-2-29所示窗口左击该窗口下方的“Execute”，就产生了图2-2-30所示的窗口至此，“Sheet1.Sch”，中的元件已被放置到了PCB窗口中去了移动元件到所需要的地方将两个直流电源合并为一个，双击“VP +12V”插座的“Pad-3”，出现图2-2-32，选“Advance”，将其Net改为“VEE”，然后再删除“VN 12V”，这时PCB窗口如图2-2-31所示在PCB图中还少一个输出插座在PCB窗口的“Libraries”、“3.96mm Connectors.Lib”中选“MT6CON2V”、“Place”，就出现了一个插座，将其放到需要的地方，如图2-2-33所示将该插座的 “Pad-1”定义为“OUTPUT”，如图2-2-34所示；同理将“Pad-2”定义为“GND”选“KeepOutLayer”，绘制PCB板的外框，这对以后的自