第1章 概述 PCB设计基础

第1章Protel2004概述第1章Protel2004概述•教学提示：本章介绍Protel2004的基础知识。其中包括Protel发展简史、组成、特点和新增功能；演示Protel2004各种启动方法，然后介绍主窗口的菜单栏、工具栏、面板控制栏和状态栏，最后可以将上机指导中的汉化菜单部分进行演示操作。第1章Protel2004概述•1.1Protel2004简介•1.2Protel2004的启动方法•1.3Protel2004的主窗口1.1Protel2004简介1.1.1Protel发展简史1.1.2Protel2004的组成1.1.3Protel2004的特点1.1.4Protel2004的新增功能1.1Protel2004简介•Protel2004是一种EDA(ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化)设计软件，主要用于电路设计、电路仿真和制作印刷电路板(PCB)，同时还提供了超高速集成电路硬件描述语言的设计工具(VHDL)，用来进行现场可编程门阵列(FPGA)的设计。1.1.1Protel发展简史•Protel公司于1985年在澳大利亚的悉尼成立，同年推出第一代DOS版PCB设计软件，如TANGO、ProtelSchematic和Autotrax等；1988年，在美国硅谷设立研发中心，升级版的ProtelforDOS由美国引入中国大陆，因其方便、易学、实用得到了广泛的应用。进入20世纪90年代以后，随着个人计算机硬件性能的提高和Windows操作系统的推出，Protel公司于1991年发布了世界上第一个基于Windows环境的EDA工具，奠定了其在桌面EDA系统的领先地位。•1998年，Protel公司推出了Protel98，将原理图设计、PCB设计、无网格布线器、可编程逻辑器件设计和混合电路模拟仿真集成于一体化设计环境中。随后又推出了Protel99及Protel99SE等产品。2002年，该公司更名为Altium公司，接着推出了ProtelDXP。•ProtelDXP是Altium公司2002年推出的最新一代EDA设计软件，是Protel99SE的最新升级版本。ProtelDXP与以前的Protel99SE相比，在操作界面和操作步骤上有了很大的改进，用户界面更加友好、直观，用户操作更加方便。1.1.1Protel发展简史•Altium公司2004年又发布了完整的板级设计系统Protel2004ServicePack2(SP2)。所有Protel2004用户可免费下载SP2()。据该公司称，SP2是自Altium的DXP技术集成平台问世以来，Protel系统最实质性的升级。•SP2包括了150多项新功能和增强性能，以及100多处更新，使得设计者能够借助Protel更快地完成较为复杂的设计。新的StorageManager构成增强型设计管理和版本控制的中心，能提供完整的工程级文件控制，并提供使用方便的本地历史文档管理系统，以便比较和重新检索文档的早期版本。•Protel2004ServicePack2是业界惟一的板级设计系统，可完整支持FPGA器件的设计与集成直至PCB的实现。SP2通过引入对Verilog代码和源文件的支持，增强了Protel的FPGA设计能力，使Protel设计者能够同时使用原理图和VHDL/Verilog代码完成FPGA设计。HDL(硬件描述语言)源代码文件的编译经过改善，能够对HDL层次结构进行智能化处理，系统因此可自动确定HDL文件的顺序和层次结构，并在项目面板上反映编译过程。•本次培训以Protel2004ServicePack2(SP2)为基础进行介绍。1.1.2Protel2004的组成•Protel2004主要由以下几大部分组成：原理图(Schematics)设计模块；电路仿真(Simulate)模块、PCB设计模块、自动布线器(AutoRouter)和超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)。原理图设计模块主要用于电路原理图的设计，生成后缀为*.schdoc的文件，为PCB的设计做前期准备工作，也可以用来单独设计电路原理图或制作生产线上使用的电路装配图。电路仿真模块主要用于电路原理图的模拟运行，以检验电路在原理图设计过程中是否存在缺陷，可生成后缀为*.sdf和*.cfg的文件。通过对设计电路引入虚拟的信号输入、电源等电路运行的必备条件，让电路进行仿真运行，观察运行结果是否满足设计要求。PCB设计模块主要用于PCB的设计，生成后缀为*.PCBdoc的文件将直接应用到PCB的生产中。VHDL支持两种不同方式的设计，既可以使用VHDL语言来直接编写文件，也可以通过绘制原理图直接编译成VHDL文件。设计完成之后，提交给产品定制部门，就可以制作具有特定功能的元件。1.1.3Protel2004的特点•Protel2004中引入了集成库的概念，Protel2004附带了68000多个元件的设计库，这使得在原理图中选择的元件已经有了需要的封装，并且这些封装都能完全符合设计要求，当然，如果不满意的话也可以修改这个元件的封装，还可以在PCB库编辑器中设计所需要的封装。Protel2004有74个板层可供设计使用•32层Signal(信号层)、16层Mechanical(机械层)、16层InternalPlane(内电层)、2层SolderMask(阻焊层)、2层PasteMask(锡膏层)、2层Silkscreen(丝印层)、2层钻孔层(钻孔引导和钻孔冲压)、1层Keepout(禁止布线层)和1层Multi-Layer(横跨所有的信号板层)。Protel2004中焊盘(Pad)的形式•焊盘(Pad)的外形有圆形、方形和八角形。焊盘堆叠结构包含Simple(所有的层数都相同)、Top-Mid-Bottom(可对不同的层数给出外定义，有top、bottom或者是midlayers)和FullStack(每个层都能各自定义Pad点外形)。1.1.3Protel2004的特点Protel2004中过孔(Via)的种类•Through-hole(从顶层过穿到底层)；Board-storey(板层对)；Blind&Buried(任意层数)。Protel2004的布线模式•Oblique(任意角走线)；45deg(45°角走线)；45degwitharcs(45°角圆弧走线)；90deg(90°角走线)；90degwitharcs(90°角圆弧走线)。Protel2004的交互式布线模式•IgnoreObstacles(忽略障碍模式)；AvoidObstacles(避开障碍模式)；Push-and-Shove(推挤障碍模式)。Protel2004的覆铜形式•90°角覆铜；45°角覆铜；垂直覆铜；水平覆铜。Protel2004的内层连接•可以指定到任意的网络(net)。Protel2004的内层电源•所有的内层电源都能指定到任意的网络，而且所有的内层分割都能重叠。1.1.3Protel2004的特点•Protel2004采用了改进型SitusTopologicalAutorouting布线规则。这种改进型的布线规则以及内部算法的优化都大大地提高了布线的成功率和准确率，也在某种程度上减轻了设计的负担。•Protel2004中的高速电路规则也很实用，它能限制平行走线的长度，并可以实现高速电路中所要求的网络匹配长度的问题，这些都能让设计高速电路变得非常容易。•在需要进行多层板设计的情况下，只需在层管理器中进行相关的设置即可。可以在设计规则中制定每个板层的走线规则，包括最短走线、水平和垂直等，一般来讲只要布局适当，则进行完全自动布线时的一次性成功率很高，而且布线完成后需要修改的地方也比较少。多次布线也不会发生短路或是网络混乱问题。在自动布线这一点上，Protel2004做得十分完美。•Protel2004不仅提供了部分电路的混合模拟，而且提供了PCB和原理图上的信号完整性分析。混合模拟包括真正的混合，混合电路模拟器与电路图编辑的无缝集成，使得在设计时就可以直接从电路图进行模拟和全面的分析，包括AC、小信号、瞬态过程、噪声和DC转换等，用来测试零件变化和公差影响的完善的零件扫描和MonteCarlo分析模式。信号完整性分析能够在软件上模拟出整个电路板各个网络的工作情况，并且可以提供多种优化方案供设计时选择。这里的信号完整性分析是属于模拟级别的，分析的是设计时所需要的EMC(电磁兼容)、EMI(电磁干扰)及串扰的参数，而且这些分析是完全建立在Protel2004所提供的强大的集成库之上的，大到IC元件，小到电阻电容都有独自的仿真模型参数。混合模拟分析和完整性分析的结果以波形的形式显示出来，且波形的计算算法均较以前版本有较大的优化；同时，也可以建立设计的库元件设置模拟参数。1.1.3Protel2004的特点•总之，信号完整性分析可以给设计带来很大的方便，提高了PCB一次性制作的成功率。•为了实现真正的完整的板级设计，Altium公司提出了Live-Design-Enabled的平台概念，这个平台实现了Altium软件的无缝集成。它集成了当今很流行的可设计ASIC(专门应用集成电路)的功能，并提供了原理图和VHDL混合设计的功能，而且所有设计I/O的改变均可返回到PCB，使PCB上相应的FPGA芯片的I/O发生改变。•Protel2004支持更完美的3D功能，在PCB加工之前就可以从各个角度观看PCB及焊装元件后的“实物”。1.1.4Protel2004的新增功能•作为Altium公司新推出的一款EDA设计软件，Protel2004新增了以下功能：项目管理的新模式•在Protel2004中，项目管理采用整体的设计概念，支持原理图设计系统和PCB设计系统之间的双向同步设计。设计的新环境•使用了集成化程度更高、更直观的设计环境，新的与MicrosoftWindowsXP相适应的界面风格更加美观、更加人性化。通过使用弹出式标签栏和功能强大的过滤器，可以对设计过程进行双重监控。设计的新接口•Protel2004实现了各种设计工具的无缝集成，同步程度更高。提供了对原理图和FPGA设计接口的支持，在管理元件库方面，除了增加Xilinx和Altera等设备的元件库外，还引入整合元件库的概念，简化了封装设计过程。1.1.4Protel2004的新增功能工程分析的新功能•在Protel2004中，可以在原理图编辑系统下直接进行电路仿真，并且在仿真结束后允许对仿真波形进行后期数学处理，强大的ERC(电气法则检查)功能和PCB环境下的DRC(设计规则检查)功能可以帮助更快地查出和改正错误。电路设计的新支持•在Protel2004中，提供了32个信号层、16个内电层和16个机械层，并且支持全自动放置元件和真正支持多通道设计，支持VHDL设计和混合模式设计(如FPGA、SITUS拓扑布线技术)。输出的新设置•在Protel2004中，可以对输出的文件进行项目级的说明，并且支持更多的输出格式，如原理图、PCB图、Gerber、ODB++和EXCEL等其他格式，更方便与其他应用程序融合。1.2Protel2004的启动方法•Protel2004的启动方法有多种，下面分别简单进行介绍：利用桌面上的快捷方式启动。如果在桌面已经建立了Protel2004的快捷方式图标，可以直接双击该图标启动Protel2004；也可以右击该图标，在弹出的菜单中单击【打开】命令直接启动Protel2004。利用桌面上的快捷方式启动Protel2004如图1.1所示。利用【开始】菜单启动。在Windows桌面上单击【开始】|【所有程序】|Altium|DXP2004命令，即可启动Protel2004，如图1.2所示。•单击【开始】|【运行】命令，在【运行】对话框的【打开】文本框中，输入DXP.exe的路径和文件名，单击