PCB设计软件LayoutPlus课件

PCB是PrintCircuitBoard(印刷電路板)的縮寫。

一、印刷電路板及其設計要求

PCB是以絕緣覆銅板為基材，經過印刷、腐蝕、鑽孔及後處理等工序，將電路中的元器件用一組導電圖形及孔位製作在覆銅板上，最後成為一定形狀的板子。

PCB板設計有關的幾個問題：

1、PCB中的版圖類型（1）佈線層版圖（Layer）：指描述元器件連接關係的PCB版圖。（2）阻焊層版圖（SolderMask）:預先在焊盤以外的部分鋪設一層不沾焊錫的“阻焊劑”，分為頂層阻焊層（TopSolderMak）（3）絲印層版圖（SilkScreen）：用於確定在PCB板上用油墨絲印方法添加的文字和圖案，起說明注釋作用。

PCB設計軟體LayoutPlus

（4）鑽孔定位版圖（Drills）：PCB上有兩種鑽孔。

一種是用於放置插針式元器件的鑽孔（穿透整個PCB板）。一種形成通孔的鑽孔，實現不同佈線層之間的電學連接。

2、印刷電路板版圖的設計要求

（1）元器件佈局安放合理。（2）佈線平滑無毛刺。

（3）模擬電路與數字電路的電源地線分開排布。（4）高頻器件就近安裝濾波電容，濾除本地產生的干擾。

（5）盡可能採用寬的連線。

設計PCB時，需要不斷實踐逐步積累經驗才能充分發揮CAD軟體的功能，設計出美觀大方並滿足線路性能要求的印製板圖。三.PCB設計流程

1．設計PCB時首先應該調用Capture軟體完成電路圖設計，並生成符合LayoutPlus格式要求的電連接網表檔，其擴展名為.mnl。

2.調用Orcad/LayoutPlus軟體，螢幕上出現LayoutPlus管理窗口，進入PCB設計階段。

3.指定板框(.tpl)或技術檔(.tch).4.調入電路連接網表檔（.mnl）。

5.指定存放PCB設計結果的檔案名（.max），進入LayoutPlus編輯窗口。

6.採用自動/手工佈局方法，將對應的元器件封裝放在印製板上。

7．採用自動/手工佈線方法完成印製板佈線。

8.對設計好的印製板進行後處理，生成有關報表。

9.將設計好的PCB版圖以要求的數據格式存盤輸出。

10.在PCB設計過程中除了可以調用元器件封裝庫中符號外，還可以在庫管理器窗口中編輯、修改或新建封裝符號。

（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用尺規測出中頻區的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。二.測量輸入輸出電阻

1．直耦放大器同測量電壓放大倍數一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實驗6差動放大器

2．阻容耦合放大器（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用尺規測出中頻區的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。二.測量輸入輸出電阻

1．直耦放大器同測量電壓放大倍數一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實驗6差動放大器

2．阻容耦合放大器（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用尺規測出中頻區的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。二.測量輸入輸出電阻

1．直耦放大器同測量電壓放大倍數一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實驗6差動放大器

2．阻容耦合放大器（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用尺規測出中頻區的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。（2）進行交流分析。運行後在Probe窗口中，執行Trace/AddTrace命令，選擇V（Out）/V（Vs:+）作輸出量。啟動尺規測出中頻處的電壓放大倍數。舉例：實驗3基本放大器解：用上述兩種方法測試。（1）進行瞬態分析。運行後得到輸入輸出波形。啟動尺規測出VO、VS的峰值，兩者相除，得到電壓放大倍數。二.測量輸入輸出電阻

1．直耦放大器同測量電壓放大倍數一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實驗6差動放大器

2．阻容耦合放大器（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用尺規測出中頻區的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。舉例：實驗3基本放大器。求輸入電阻、輸出電阻。解：用設置交流分析的方法測量（1）進行交流分析後，在Probe窗口中，執行Trace/Add

Trace命令，選擇V（Vs:+）/I（C1）作輸出量，顯示出輸入電阻的頻率特性，啟動尺規測出在ƒ=10kHz處的輸入電阻≈888.8W。

（2）將電路的輸入端短路，負載開路，在輸出端加一信號源VO。進行交流分析後，在Probe窗口中，執行Trace/AddTrace命令，選擇V（VO:+）/I（C2）作輸出量，顯示出輸出電阻的頻率特性。啟動尺規測出在ƒ=10kHz處的輸出電阻≈1.78KW。三.測量最大輸出幅度、輸出功率

1．設置直流掃描分析通過直流掃描分析，可得到電路的輸入輸出特性曲線，從曲線上可讀出最大輸出幅度。通過直流掃描分析，也可得到電路的輸出功率、管耗和電源提供的功率隨輸出電壓變化的曲線，從曲線上可讀出最大輸出功率或某一輸出幅值下的功率。但這一方法不能用於有隔直電容的電路。

2．設置瞬態分析

通過瞬態分析，可得到電路的輸出波形，然後將橫軸改為輸入變數，得到電路的輸入輸出特性曲線，從曲線上可讀出最大輸出幅度。瞬態分析後，根據輸出功率的定義

利用Probe中信號運算的功能可得到上述積分曲線，在t等於週期T時刻曲線上的值，就是相應的功率值。這一方法也適用於有隔直電容的電路。舉例：互補對稱功率放大器如圖所示。求最大不失真輸出幅度Vom、最大輸出功率Pom和電源提供的功率Pv。

解：分別用上述兩種方法測量。（1）用直流掃描分析。

①求最大不失真輸出幅度Vom。進行直流（DC）掃描分析：設置輸入信號VIN為變數，掃描範圍為-12～+12V。運行後，得到如圖2.5.6所示的電壓傳輸特性曲線。啟動尺規，可讀出最大不失真輸出幅度Vom≈6.5V。

②求最大輸出功率Pom和電源提供的功率Pv。進行直流（DC）掃描分析，將X軸變數改為V（Out），將X軸刻度範圍改為（0～7V）。根據Po、Pv的定義，執行Trace/Add

Trace命令後，在“Trace

Expression”文本框中鍵入“V（Out）*I（RL）/2”，得到Po曲線。同理鍵入“ABS(V（VCC1:+）*I（VCC1）/1.414)”，可得電源提供功率Pv曲線。啟動尺規可讀出最大輸出功率Pom≈1.36W，此時電源提供的功率Pv≈3.49W。

注：由於功率的定義是有效值電壓乘以有效值電流，而直流分析得到的相當於峰值電壓和峰值電流，所以在求Po曲線時，用電壓乘以電流再除以2（即）。電源電壓VCC1和VCC2是直流量，所以在求Pv曲線時只除以即可。又因為VCC1和VCC2只在半個週期有電流，當電路對稱時，運算式ABS（V（VCC1:+）*I（VCC1）/1.414）求出的是兩個電源的總功率。

（2）用瞬態分析。

①求最大不失真輸出幅度Vom。將輸入信號振幅設置為12V（電源電壓），進行瞬態分析，得到電路的輸出波形。然後將橫軸改為V（VIN：+），得到電路的輸入、輸出特性曲線與圖2.5.6基本一致，啟動尺規可讀出最大不失真輸出幅度Vom≈6.5V。

②求最大輸出功率Pom和電源提供的功率PV。將輸入信號設置為振幅=6.5V，頻率=1kHz。進行瞬態分析，分析時間為：0～1ms（1個週期）。運行後，根據Po的定義，在“TraceExpression”文本框中鍵入輸出功率的積分運算式“S（V（Out）*I（RL））*1000”，得到Po的積分曲線。啟動尺規讀出在t=T（週期）=1ms時的值，即最大輸出功率Pom≈1.16W。

（運算式中乘以1000是因為Po等於積分運算式除以週期T，T=1ms，所以要乘以1000）

同理，根據PV的定義在“TraceExpression”文本框中鍵入積分運算式“S（V（VCC1:+）*I（VCC1））*1000”，可得如圖2.5.9所示的積分曲線。啟動尺規讀出在t=1ms（週期）時的值，即此時電源提供的功率≈1.74W。用積分運算式算出的是一個電源提供的功率，兩個電源提供的總功率PV≈3.48W。

四.根據指標要求確定某元件的參數值

這屬於電路的設計方法，常用兩種方法來完成。

（1）設置直流掃描分析：這種方法主要用來分析與直流有關的性能分析，如靜態工作點等。

（2）電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數掃描分析、瞬態分析、交流分析、直流分析等相配合：可分析參數變化對電路各種性能指標的影響，依此來確定元件的參數值。舉例：放大電路如圖所示，要求Vi=0時VO=0，求Re的取值。解：用上述兩種方法分析（1）用直流掃描分析。①將Re設置成全局變數{Rval}。②設置直流掃描分析：在參數設置框中，選GlobalParameter作變數類型，“掃描變數”選為Rval，變數的變化範圍：10～30k，步長：2k。

③運行後，得到VO與Re的關係曲線，啟動尺規測出Re=15k時，VO=0V。

（2）用電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數掃描分析、瞬態分析相配合。

①將Re設置成全局變數{Rval}。

②輸入信號Vin選正弦電壓源，並將其振幅Vamp設置成0。

③進行瞬態特性分析和參數掃描分析，在參數對話框中將“掃描變數”選為Rval，變化範圍：10～30k，步長：2k。

④運行Pspice。在多批運行結果選擇框，將其全部選入。

⑤在Probe窗口中執行Trace/PerformanceAnalysis命令，出現對話框後，按“OK”按鈕。屏上出現電路性能分析窗口。

⑥執行Trace/AddTrace命令，選中特徵函數Max（），再選輸出變數V（Vo），則屏上出現Max（V（Vo））與Rval的關係曲線，啟動尺規測出Re=15k時，VO=0V。五.測量具有滯回特性器件的傳輸特性

測量傳輸特性一般用直流（DC）分析。但直流分析不易作出遲滯回環。因此測量施密特觸發器、遲滯比較器等這類具有滯回特性器件的傳輸特性時應用瞬態分析，在瞬態分析後，將X軸變數改為輸入變數即可。

舉例1：遲滯比較器電路如圖所示，作出其電壓傳輸特性。

解：（1）輸入信號選分段線性源，設置參數為：T1=0s，V1=-10V；T2=1s，V2=10V；T3=2s，V3=-10V。得一三角波形信號。

（2）設置瞬態分析。運行後，將X軸變數改為V（VIN：+），即可得到具有遲滯回環的傳輸特性，可以看出兩個閾值電壓分別為VT+=5V，VT-=-5V。

舉例2：實驗26555定時器組成的施密特觸發器

（3）電壓傳輸特性。在瞬態分析後，點選V（VO）並將X軸變數改為V（Vi：+），即可得到電壓傳輸特性。（4）輸入正弦信號（振幅=5V，頻率=1kHz），觀看輸出波形。

（1）繪製電路圖。輸入信號選分段線性源，設置參數為：T1=0s，V1=0V；T2=1s，V2=5V；T3=2s，V3=0V。得一三角波信號。

（2）進行瞬態分析，得到輸入輸出波形。啟動尺規測出閾值電壓VT+、VT-的值。六.數/模混合電路的分析測量

對於數/模混合電路，內部節點可分為模擬型節點、數字型節點和介面型節點3種。Pspice9處理介面型節點的基本方法是為數字邏輯單元庫中的每一個邏輯單元同時配備AtoD和DtoA兩類介面型等效子電路。其中AtoD子電路的作用是將模擬信號轉換成數字信號，DtoA子電路則相反。在分析數/模混合電路時，Pspice9會根據電路的具體情況自動插入一個或多個介面型子電路，以實現數字和模擬兩類信號之間的轉換。所以數/模混合電路的分析與數字電路的分析基本相同。為了適應不同的分析要求，每個AtoD和DtoA子電路模型均分為4個級別，設置方法是雙擊邏輯單元符號，在出現的參數設置框中的一項名為IO-LEVEL的參數欄中鍵入1、2、3或4。該參數內定值為1。舉例：計數器與A/D轉換器組成的階梯波發生器如圖所示，分析各點波形。

解：（1）設置脈衝信號時鐘脈衝CP：選用時鐘信號源DigClock，參數設置為OFFTIME=0.05ms，ONTIME=0.05ms。清零脈衝Cr：選用基本信號源符號STIM1。參數設置為：

COMMAND1：0s1COMMAND2：0.1ms0COMMAND3：0.2ms1

（2）各邏輯單元的介面模型級別均採用內定值。（3）進行瞬態分析。分析時間：0～4ms，運行後，在Probe窗口下執行Trace/AddTrace命令後，用游標依次點選Cr、CP、QA、QB、QC、QD、V（Uo）即可得到各輸入輸出端的波形。七.電路特性隨元器件參數變化曲線的作法

可用下述方法作出電路性能指標隨某一元器件參數的變化關係：（1）用直流掃描分析（DCSweep）。該功能主要用來分析與直流有關的性能指標，如靜態工作點等。（2）用參數掃描分析與AC分析、DC分析、瞬態分析等中的一種或幾種聯合使用，可分析參數變化對電路各種性能指標的影響。（3）用電路性能分析（在PerformanceAnalysis）與（2）中的分析方法相結合，可將任一電路參數設置為X座標的變數，從而得到電路特性隨某一元器件參數的變化曲線。1．用直流掃描分析（DCSweep）方法舉例：實驗8帶自舉的OTL功率放大器如圖所示，分析（1）：Rp選多大，靜態時Vk=Vcc/2。分析步驟如下：

①調用Capture繪製好電路圖。

②

將Rp設置成全局變數{Rp}。方法是雙擊Rp的阻值，在出現的“DisplayProperties”設置框中，將其值設置為{Rp}。然後調出PARAM符號，雙擊該符號，在元器件屬性編輯器中，按New按鈕，在新增屬性框中鍵入Rp並按OK按鈕。這樣設置的參數Rp稱為全局參數。

③對電路進行直流掃描分析。選擇GlobaiParameter變數類型，變數名為Rp，掃描範圍為5k到30k，步長為1k。

④運行後，選擇V（K）作輸出變數，即得到V（K）與Rp的關係曲線，從圖中可以很容易地看出當Rp=14.746kW時VK=VCC/2=6V。分析（2）：選Rp=14.746K，溫度從-50C0變化到+100C0時，靜態VK值的變化曲線。

分析步驟：

①按照上述方法，對電路進行DCSweep分析。在DCSweep設置對話框中選擇Tempera變數類型，掃描範圍為-50℃到+100℃，步長為25℃，Linear掃描類型。

②運行後，選擇V（K）作輸出變數，即得到V（K）與溫度的關係曲線，如圖3所示。可見當溫度從-50C0變化到+100C0時，Vk的靜態值從6.8V變化到5.38V。分析（3）：選Rp=14.746K，分析Rp從10k變化到20k時，電路的頻率特性。分析步驟：

①Vs選交流電壓源，振幅=10mV。②將Rp設置成{Rp}。

③對電路同時進行交流分析和參數掃描分析。在參數分析對話框中將“掃描變數”選為Rp，變數的變化範圍定為10k～20k，步長為2k。

④運行Pspice。運行結束後螢幕上出現多批運行結果選擇框，按“OK”按。

⑤在常規的Probe窗口中選V（Vo）作輸出變數，可得到分析結果如圖4所示。2．用參數掃描與其他分析方法相配合圖4的分析結果是當Rp取上述規定的6個值時的頻率特性，X軸變數是頻率。如果想得到頻帶寬度與Rp的關係曲線或中頻放大倍數與Rp