电子线路计算机辅助设计Protel

9.1设计规则

一、PCB设计规则和约束编辑对话框

执行选单命令Design\Rules…，或单击右键选单命令Design\Rules…，都将弹出如图8.109所示的PCB规则和约束编辑对话框“PCBRulesandConstraintsEditor”。

图8.109PCB规则和约束编辑对话框

在图9.1中，按钮用于设置规则的优先权，按钮用于启动设计规则向导命令，按钮用于关闭对话框。

图9.19左边区域以树结构的形式显示了设计规则的类别，在每类规则上单击右键都会出现如图8.110所示的子选单，用于“NewRule…”(建立规则)、“DeleteRule…”(删除规则)、“ImportRules…”(导入规则)、“ExportRules…”(导出规则)和“Report…”(报表)等操作。

图9.2设计规则子选单

图9.3中右边区域显示设计规则的设置或编辑内容。单击任意一个规则，规则设置对话框如图8.111所示。

图9.3规则设置对话框

图9.3所示对话框的右框各部分说明如下：●顶部单元是规则的名称栏。

●中间单元设置规则的使用对象及其范围，主要有网络(Net)、板层(Layer)等。●底部单元显示规则的约束特性。通过下拉式按钮或键盘输入可以对约束特性进行设置。

二、与电气相关的设计规则(Electrical)1.Clearance（安全距离）“Clearance”设计规则用于设定在PCB的设计中，导线、导孔、焊盘、矩形敷铜填充等组件相互之间的安全距离。

单击“Clearance”规则，系统默认的只有一个名称为“Clearance”的安全距离规则设置，鼠标左键单击这个规则名称，对话框的右边区域将显示这个规则使用的范围和规则的约束特性，见图9.1所示。

下面以VCC和GND之间的安全距离设置为30mil为例说明新规则的添加方法。

1)增加新规则：在“Clearance”上单击右键并选择NewRules…命令，则系统自动在“Clearance”的下面增加一个名称为“Clearance-1”的规则，单击“Clearance-1”，弹出新规则设置对话框如图9.4所示。

图9.4新规则设置对话框

2)设置规则使用范围：在WheretheFirstobjectmatches单元中单击网络(Net)，在QueryKind单元里出现InNet()。单击“All”按钮旁的下拉列表，从有效的网络表中选择+15，按照同样的操作在WheretheSecondObiectmatches单元中设置网络“GND”。

3)设置规则约束特性：将光标移到Constraints单元，将“MinimumClearance”改为30mil，如图9.5所示。

图9.5设置规则范围和约束特性

4)设置优先权：此时在PCB的设计中同时有两个电气安全距离规则，因此必须设置它们之间的优先权。单击优先权设置按钮，系统弹出如图9.6所示的规则优先权编辑对话框。通过对话框下面的与按钮可以改变布线规则中的优先次序。图9.6规则优先权编辑对话框

2．Short-Circuit（短路）“Short-Circuit”设计规则设定电路板上的导线是否允许短路。默认设置为不允许短路。

3．Un-RoutedNet(没有布线网络)“Un-RoutedNet”设计规则用于检查指定范围内的网络是否布线成功，布线不成功的，该网络上已经布的导线将保留，没有成功布线的将保持飞线。

4．Un-ConnectedPin（没有连接的引脚）该规则用于检查指定范围内的元件封装的引脚是否连接成功。

三、与布线有关的设计规则(Routing)1.Width（导线宽度）“Width”设计规则用于设定布线时的导线宽度。如图9.7所示为导线宽度设置对话框，在图形的示意图中标出了导线的三个宽度约束，即“MaxWidth”、“PreferredWidth”和“MinWidth”，单击每个宽度栏并键入数值即可对其进行修改，注意的是在修改“MinWidth”值之前必须先设置“MaxWidth”宽度栏。

图9.7导线宽度设置对话框2．RoutingTopology（拓扑规则）“RoutingTopology”设计规则用于选择飞线生成的拓扑规则。如图9.8所示。

图9.8拓扑规则设置对话框

系统提供七种拓扑规则，它们是：

(1)Shortest“Shortest”拓扑规则是系统默认使用的规则，如图8.116所示。它的含义是生成一组飞线能够连通网络上的所有节点，并且使连线最短，

(2)Horizontal“Horizontal”拓扑规则的含义是生成一组飞线能够连通网络上的所有节点，并且使连线在水平方向最短，如图9.9所示。(3)Vertical“Vertical”拓扑规则的含义是生成一组飞线能够连通网络上的所有节点，并且使连线在垂直方向最短，如图9.10所示。

(4)DaisySimple“DaisySimple”（单菊状）拓扑规则需要指定起点和终点，其含义是在起点和终点之间连通网络上的各个节点，并且使连线最短，如图9.11所示。图9.9Horizontal图9.10Vefical图9.11DaisySimple

(5)DaisyMid-Driven“DaisyMid-Driven”（中心菊状）拓扑规则也需要指定起点和终点，其含义是以起点为中心向两边的终点连通网络上的各个节点，起点两边的中间节点数目要相同，并且使连线最短，如图9.12所示。如果设计者没有指定起点和两个终点，系统将采用“DaisySimple”拓扑规则生成飞线。

图9.12DaisyMid-Driven

(6)DaisyBalanced“DaisyBalanced”（对称菊状）拓扑规则也需要指定起点和终点，其含义是将中间节点数平均分配成组，组的数目和终点数目相同，一个中间节点组和一个终点相连接，所有的组都连接在同一个起点上，起点间用串联的方法连接，并且使连线最短，如图9.13所示。

如果设计者没有指定起点和终点，系统将采用“DaisySimple‘’拓扑规则生成飞线。

图9.13DaisyBalanced(7)StarBurst“StarBurst”（放射状）拓扑规则是指网络中的每个节点都直接和起点相连接，如果设计者指定了终点，那么终点不直接和起点连接。如果没有指定起点，那么系统将试着轮流以每个节点作为起点去连接其它各个节点，找出连线最短的一组连接作为网络的飞线。如图9.14所示。图9.14StarBurst3.RoutingPriority(布线优先级)“RoutingPriority”规则用于设置布线的优先级，如图9.15所示。在“RoutingPriority”栏里指定其布线的优先次序，其设定范围从0到100，0的优先次序最低，100最高。图9.15布线优先级设置对话框

4．RoutingLayers(布线板层)“RoutingLayers”规则用于设置布线板层。选择此规则后，设置规则对话框如图9.16所示。

图9.16布线板层设置对话框

规则约束特性单元

规则约束特性单元主要设置各个信号板层的走线方法，共有32个布线板层设置项，有11种走线方法可选择：它们是：“NotUsed”(该层不走线)、“Horizontal”(水平方向走线)、“Vertical”(垂直方向走线)、“Any”(任意方向走线)、“1O”Clock”(一点钟方向走线)、(2O“Clock”(两点钟方向走线)、“4O”Clock”(四点钟方向走线)、“5O”Clock”(五点钟方向走线)、“45Up”(向上45°方向走线)、“45Down”(向下45°方向走线)和“FanOut”(以扇出方法走线)。一般情况下，“Horizontal”

和“Vertical”

用于双面或多面板布线，其它方法走线用于单面板布线。

5．RoutingCorners（布线拐角）“RoutingCorners”规则用于设置导线的拐角方法。选择此规则后，布线拐角设置对话框如图9.17所示。图9.17布线拐角设置对话框

规则约束特性单元的设置方法

1)Style栏：用于选择导线拐角的形式，系统提供三种拐角形式，它们是：90Degree(90°拐角)、45Degree(45°拐角)和Rounded(圆弧拐角)，分别如图9.18a、图9.18b、图9.18c所示。

a)90°拐角b)45°拐角c)圆弧拐角图9.18导线拐角的形式

2)Setback栏：用于设置导线的最小拐角的大小，其设置随拐角形式的不同而具有不同的含义，如果是90°拐角，则没有此项：如果是45°拐角，则表示拐角的高度；如果是圆弧拐角，则表示圆弧的半径。

3)To栏：用于设置导线最大拐角的大小。6．RoutingViaStyle(布线导孔的尺寸)

布线导孔的尺寸设置对话框如图9.19所示。图9.19布线导孔的尺寸设置对话框

对话框中规则约束特性单元有两项需要设置：1)ViaDiameter：用于设置导孔直径。2)ViaHoleSize：用于设置导孔的通孔直径。

7．FanoutControl“FanoutControl”规则用于设置SMD扇出式布线控制，“FanoutControl”规则设置对话框如图9.20所示。图9.20“FalloutControl”规则设置对话框

系统默认设置了五种扇出式布线控制规则，约束特性单元中设置了扇出导线的形状、方向及焊盘、导孔的放置等，大多情况下可以采用默认设置。

四、与SMD布线有关的设计规则(SMT)

主要设置SMD与布线之间的规则。分为三个规则：

1.SMDToCorner

用于设置SMD元件焊盘与导线拐角之间的最小距离。如图9.21所示的规则设置对话框。

图9.21“SMDToCorner”规则设置对话框

2．SMDToPlane“SMDToPlane”规则用于设置SMD与内层(Plane)的焊盘或导孔之间的距离。图9.22所示为新添规则设置对话框。图9.22“SMDToPlane”规则设置对话框

3．SMDNeck-Down

该规则用于设置SMD引出导线宽度与SMD元件焊盘宽度之间的比值关系。设置编辑对话框如图9.23所示。图9.23SMDNeck-Down规则设置对话框

五、与焊盘延伸量有关的设计规则(Mask)

用于设置焊盘周围的延伸量。包括两个规则：

1．SolderMaskExpansion（防焊层中焊盘的延伸量）设置对话框如图9.24所示。图9.24防焊层中焊盘的延伸量设置对话框

2．PasteMaskExpansion（SMD焊盘的延伸量）用于设置SMD焊盘的延伸量对话框如图9.25所示。图9.25“PasteMaskExpansion”规则设置对话框

六、与内层有关的设计规则(Plane)

用于设置电源层和敷铜层的布线规则。共分为三个规则：

1．PowerPlaneConnectStyle

用于设置导孔或焊盘与电源层连接的方法。单击选择此规则后，设置对话框如图9.26所示。图9.26“PowerPlaneConnectStyle”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有五项需要设置：

1)ConnectStyle栏：设置电源层与导孔或焊盘的连接方法。单击右侧的下拉式按钮有三种方法选择，即“ReliefConnect”(放射状连接)、“DirectConnect”(直接连接)和“NoConnect”(不连接)。

2)Connectors栏：设置连接铜膜的数量。有“2”和“4”两种设置，用鼠标左键单击即可选取。

3)ConductorWidth栏：设置连接铜膜的宽度。

4)Air-Gap栏：设置空隙大小。

5)Expansion栏：设置焊盘或导孔与空隙之间的距离。

2．PowerPlaneClearance

用于设置电源板层与穿过它的焊盘或导孔间的安全距离。设置对话框如图9.27所示。图9.27“PowerPlaneClearance”规则设置对话框

3．PolygonConnectStyle

用于设置敷铜与焊盘之间的连接方法。单击选择此规则后，设置对话框如图9.28所示。图9.28“PolygonConnectStyle”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有四项需要设置：

1)ConnectStyle栏：设置敷铜层与焊盘的连接方法。单击右侧的下拉式按钮有三种方法选择，即“ReliefConnect”(放射状连接)、“DirectConnect”(直接连接)和"NoConnect”(不连接)。

2)Connectors栏：设置连接铜膜的数量。有“2”和“4”两种设置，用鼠标左键单击即可选取。

3)ConductorWidth栏：设置连接铜膜的宽度。

4)连接角度栏：设置在放射状连接时敷铜与焊盘的连接角度，有90°(90Angle)连接和45°(45Angle)连接两种连接形式。

七、与测试点有关的设计规则(Testpoint)1．TestpointStyle

该规则用于设置测试点的形状和大小。单击选择此规则后，设置对话框如图9.29所示。

图9.29“TestpointStyle”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有四项需要设置：

1)Style栏：设置测试点的大小。其中Size设置测试点的外径尺寸，

HoleSize设置测试点的孔径尺寸。

2)GridSize栏：担置格点的大小。在Testpointgridsize栏键入设置的尺寸。

3)AllowedSideandOrder栏：设置允许作为测试点的板层和组件。

4)Allowtestpointundercomponent复选框：设置是否允许在元件封装的下面出现测试点。

2．TestPointUsage

用于设置测试点的用法。设置对话框如图9.30所示。图9.30“TestPointUsage”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有两项设置：

1)AllowmultipletestpointsOnsamenet复选框：设置在同一条网络上是否允许多个测试点存在。

2)Testpoint栏：设置测试点有效、无效和忽略。

八、与电路板制造有关的设计规则

设置规则分为四类：

1．MinimumAnnularRing

用于设置最小环宽，编辑对话框如图9.31所示。

图9.31“MinimumAnnularRing”规则设置对话框

2．AcuteAngle“AcuteAngle”规则用于设置具有电气特性的导线与导线之间的最小夹角。最小夹角应该不小于90°，否则将会在蚀刻后残留药物，导致过度蚀刻。设置对话框如图9.32所示。图9.32“AcuteAngle”规则设置对话框

3．HoleSize

“HoleSize”规则用于孔径尺寸设置。单击选择此规则后，设置对话框如图9.33所示。

图9.33“HoleSize”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有三项设置：

1)MeasurementMethod栏：设置尺寸表示的形式。单击下拉按钮有两种形式，即绝对尺寸(Absolute)和百分比尺寸(Percent)。

2)Minimum栏：设置最小孔尺寸。

3)Maximum栏：设置最大孔尺寸。

4．LayerPairs

“LayerPairs”规则用于设置是否允许使用板层对。在规则特性中有复选框对其设置。

九、与高频电路设计有关的规则(HighSpeed)

此类规则共分为六项：

1．ParallelSegment“ParallelSegment”规则用于设置并行导线的长度和距离。添加新规则后，设置对话框如图9.34示。图9.34“ParallelSegment”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有三项设置：

1)LayerChecking栏：设置该规则适用的板层，单击右侧下拉按钮有两个选择：同一层(SameLayer)和相邻层(AdjacentLayers)。

2)Foraparallelgapof栏：设置并行走线的最小距离。

3)TheparallelLimitis栏：设置并行导线允许的并行长度。2．Length“Length”规则用于设置网络的长度。单击选择此规则后，设置对话框如图9.35所示。图9.35“Length”规则设置对话框

3．MatchedNetLengths

用于设置网络等长走线。该规则以规定范围中的最长网络为基准，使其它网络通过调整操作，在设定的公差范围内和它等长。设置对话框如图9.36所示。图9.36“MatchedNetLengths”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有四项设置：

1）

Amplitude栏：设置走线振幅。

2）

Style栏

设置走线的形式。单击右边的下拉式按钮，有三种形式选择，即90°(90Degree)走线、45°(45Degree)走线和圆弧走线(Rounded)。

3)Tolerance栏：设置长度误差。

4)Gap栏：设置间距。

4．DaisyChainStubLength“DaisyChainStubLength”规则用于设置用菊花链走线时支线的最大长度。添加新规则后，设置对话框如图9.37所示。图9.37“DaisyChainStubLength'’规则设置对话框5．ViasUnderSMD

用于设置是否允许在SMD焊盘下放置导孔。单击选择此规则后，设置对话框如图9.38所示。图9.38“ViasUnderSMD”规则设置对话框

6．MaximumViaCount

用于设置电路板上允许的最多导孔数。添加新规则并选择后，设置对话框如图9.39所示。图9.39“MaximumViaCount”规则设置对话框

十、与元件的布局有关的规则（P1acement）

该类共有6个规则。

1．RoomDefinition

用于定义元件合的尺寸及其所在的板层。单击选择此规则后，设置对话框如图9.40所示。

图9.40“RoomDefinition”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有五项设置：

1)RoomLocked栏：设置是否锁定元件合。

2)按钮：设置元件合的大小。

3)Xl／Y1-X2／Y2栏：通过该栏的坐标设置元件合的大小。

4)TopLayer栏：设置元件合所在的板层。

5)KeepObjectslnside栏：设置元件所放置的位置。2．ComponentClearance

用于设置元件封装间的最小距离。单击选择此规则后，设置对话框如图9.41所示。图9.41“ComponentClearance”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，CheckMode设置检查模式。其中有三种模式选择：

1)QuickCheck：快速检查模式。

2)MultiLayerCheck：多层检查模式。

3)FullCheck：全面检查模式。

3．ComponentOrientation

用于设置元件封装的放置方向。单击选择此规则后，设置对话框如图9.42所示。

图9.42“ComponentOrientation”规则设置对话框

4．PermittedLayer

用于设置自动布局时元件封装的放置板层。添加新规则并选择后，设置对话框如图9.43所示。图9.43“PermittedLayer'’规则设置对话框

5．NetstoIgnore

用于设置自动布局时忽略的网络。组群式自动布局时，忽略电源网络可以使得布局速度和质量有所提高。设置对话框如图9.44所示。图9.44“NetstoIgnore”规则设置对话框

6．Height

用于设置在电路板上放置组件的高度，对话框如图9.45所示。

图9.45“Height”规则设置对话框

十一、信号完整性分析（SignalIntegrity）

信号完整性分析规则设置对话框如图9.46所示。

图9.46信号完整性分析规则设置对话框

在系统默认状态下，信号完整性分析规则没有定义。当需要进行信号完整性分析时，可以选中SignalIntegrity选项中某一项，单击鼠标右键选择快捷选单的NewRule命令，即可以建立一个新的分析规则。然后双击建立的分析规则即可进入规则设置对话框。

Protel2004信号完整性分析主要包括如下13条信号分析规则。

1．SignalStimulus

“SignalStimulus”规则用于设置电路分析的激励信号特性。设置对话框如图9.47所示。

图9.47“SignalStimulus”规则设置对话框

在规则约束特性单元中，有五项设置：

1)StimulusKind栏：设置信号的种类。

2)StartLevel栏：设罩信号的初始状态。

3)StartTime(s)栏：设置信号开始时间。

4)StopTime(s)栏：设置信号停止时间。

5)PeriodTime(s)栏：设置信号的周期。

2．Overshoot-FallingEdge

用于设置信号下降沿允许的最大过冲值。图9.48为信号过冲下降沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中最大过冲值。图9.48信号过冲的下降沿示意图

3．Overshoot-RisingEdge

该规则定义信号上升沿(Overshoot-RisingEdge)允许的最大过冲值。图9.49为信号过冲上升沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中最大过冲值。图9.49信号过冲的上升沿示意图

4．Undershoot-FallingEdge

用于设置信号下降沿所允许最大下冲值。图9.50为信号下冲下降沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中最大下冲值。图9.50信号下冲下降沿示意图

5．Undershoot-RisingEdge

用于设置信号上升沿所允许的最大下冲值。图9.51为信号下冲上升沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中最大下冲值。图9.51信号下冲上升沿示意图

6.ImpedanceConstraint“ImpedanceConstraint”（阻抗约束）规则用于设置所允许的电阻的最大值(Maximum)和最小值(Minimum)。阻抗和导体几何外观及电导率、导体外的绝缘层材料以及板的几何物理分布，即导体间在Z域的距离有关。上述的绝缘层材料包括板的基本材料，多层间的绝缘层以及焊接材料等。

7.SignalTopValue

用于设置信号在高电平状态时的电压值，图9.52为信号高电平状态电压值示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Minimum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中信号高电平的最小值。图9.52信号高电平状态电压值示意图

8．SignalBaseValue

用于设置信号电压基值。图9.53为信号基值示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Volts)编辑框中设置信号完整性分析中最大信号基值。

图9.53信号基值示意图

9．FlightTime-RisingEdge，“FlightTime-RisingEdge”规则用于设置信号上升沿的最大允许飞升时间。图9.54所示为信号飞升时间上升边沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(Seconds)栏设置最大飞升时间。图9.54信号飞升时间上升边沿示意图

10．FlightTime-FallingEdge

用于设置信号下降沿的最大允许飞行时间，它是实际的输入电压到门限电压之间的时间，小于这个时间将驱动一个基准负载，该负载直接与输出相连。图9.55所示为信号飞升时间下降边沿示意图。设计者可以在规则约束特性单元中的Maximum(seconds)编辑框中定义下降边沿的最大允许时间。图9.55信号飞升时间下降边沿示意图

11．Slope-RisingEdge（上升边沿斜率）用于设置信号从门限电压VT上升到一有效高电平的最大延迟时间，如图9.56所示为上升边沿斜率示意图。设计者在规则约束特性单元中的Maximum(Seconds)栏设置最大延迟时间。图9.56上升边沿斜率示意图

12．Slope-FallingEdge（下降边沿斜率）用于设置信号从门限电压VT下降到一有效低电平的最大延迟时间，如图9.57所示为下降边沿斜率示意图。设计者在规则约束特性单元中的Maximum(Seconds)栏设置最大延迟时间。图9.57下降边沿斜率示意图

13．SupplyNets

“SupplyNets”（电源网络）规则用于电路板中电源网络的电压值。设计者在规则约束特性单元中的Voltage栏设置电源电压值。

9.2设计规则向导

设计规则的设置也可以通过Protel2004提供的设计规则向导轻松地完成，设计规则向导操作步骤如下：（1）执行主选单命令Design\RuleWizard…，启动设计规则向导，如图9.58所示。

图9.58启动设计规则向导

（2）单击按钮，出现选择规则类型对话框，如图9.59所示。在Name栏中输入规则的名称，Comment栏中输入规则的特性描述。选择需要设置的规则类型。

图9.59选择规则类