第7章 PCB99SE自动布线技术

第7章PCB99SE自动布线技术自动布线步骤7.1使用制板向导创建PCB模板7.2自动装载网络表与元件7.3元件布局7.4设计规则设置与自动布线本章小结7.2自动装载网络表与元件规划印制板后，就可以将元件封装放置到电路板上，进行印制板布局，PCB99SE中提供有自动装载网络表与元件的功能。7.2.1原理图中PCB布线指示的使用在原理图绘制中，可以针对某些连线放置PCB布线指示，预先设置PCB中的线宽、孔径、优先级设置等布线规则内容，它们可以包含在Protel2格式的网络表中，在PCB设计时自动生效。1.放置PCB布线指示在SCH99SE中执行Place→Directive→PCBLayout，或单击绘图工具栏中的图标，系统进入放置PCB布线指示状态，光标上带着一个红色的布线指示标记，将光标移动到要放置标记的线路上，单击鼠标左键放置PCB布线指示，如图7-14所示。2.设置PCB布线指示属性双击PCB布线指示标记，屏幕弹出图7-15所示的布线指示属性对话框，用于设置印制导线宽度、过孔直径、优先级设置等布线规则内容，对话框主要参数如下。TrackWidth：设置线宽，默认10mil。ViaWidth：过孔尺寸，默认50mil。Topology：设置当前导线的走线方式，默认为Shortest（最短连线方式）。Priority：设置当前导线的布线优先权，默认为Medium（中级）。Layer：设置PCB上布线的板层，默认为Undefined（未定义板层），板层可以在信号层、电源层和多层中进行选择。以上参数设置好后，单击OK按钮确认。此后在生成网络表时，选择Protel2格式，系统自动将上述的布线信息添加到网络表中。3.Protel2格式网络表Protel2格式网络表文件是标准Protel网络表的扩展，添加一些附加信息，由元件描述、网络描述和布线描述3部分组成。7.2.2通过网络表装载元件封装规划PCB后，执行Design→LoadNets载入网络表，屏幕弹出一个对话框，单击Browse按钮选择网络表文件（*.net），载入网络表，单击Execute按钮，将网络表文件中的元件调到当前印制板中，如图7-17所示。图7-17中，载入的元件都散开排列在禁止布线边框之外（Protel99SESP6之前的版本中，元件堆积在光标处），在布线前还必须进行自动布局。7.2.3装载网络表出错的修改一般在进行电路板设计之前，要确保所电路图及相关的网络表必须正确，为此要先检查网络表上是否存在错误。装载的网络表要完全正确，牵涉到的因素很多，最主要的是元件封装是否存在、网络表是否正确及PCB封装之间与元件管脚之间的匹配。下面以图7-18所示的检波器电路为例来说明网络表载入出错的修改方法。进入PCB99SE，规划印制板后，执行Design→LoadNets，屏幕弹出装载网络表对话框，选中网络表文件，出现图7-18所示的装载信息。由图中可知，装入网络表后共发现5个错误，由于在电路图中已经进行过ERC检验，因此错误不是电气连接上的问题，而是在于电路图元件与PCB封装的不匹配所引起，这种错误称为网络宏错误，分为警告和错误两类。在图7-18中，存在5个错误，主要有三类，原因如下。由于元件库中不存在电容封装RB.1/.2，故出错。电容C1由于没有定义正确的封装，故提示该元件不存在。图中的二极管VD1，在原理图中管脚号定义为1、2，而在印制板中焊盘编号定义为A、K，两者不匹配，故节点找不到而出错。找到错误原因，回到电路原理图中或其它相关的编辑器中进行修改。本例中，在原理图编辑中将电容的封装改为RB.2/.4，并重新生成网络表文件，解决电容封装的错误；在印制板编辑中将二极管的焊盘编号A、K分别改为1、2，并重新装载网络表文件，此时所有错误消失。7.3元件布局7.3.1元件布局前的处理1.元件布局栅格设置执行Design→Options，在弹出的对话框中选择Options选项卡，设置捕获栅格和元件栅格X、Y方向的间距大小。2.字符串显示设置执行Tools→Preferences，在弹出的对话框中选择Display选项卡，在Draftthresholds选项区域中，减小Strings中的字符串阀值，完整显示字符串内容。3.元件布局参数设置执行Design→Rules，在对话框中选中Placement选项卡，屏幕出现元件布局参数设置对话框。一般选择默认。7.3.2元件自动布局进行自动布局前，必须在KeepoutLayer上先规划电路板的电气边界，然后载入网络表文件，否则屏幕会提示错误信息。执行Tools→AutoPlacement→AutoPlacer，屏幕弹出自动布局对话框，如图7-20所示，有ClusterPlacer组布局方式、StatisticalPlacer统计布局方式和QuickComponentPlacer快速布局三种选择。在自动布局时，通常采用统计布局方式。选中后，屏幕弹出图7-21所示的对话框，可以设置元件组、元件旋转、电源网络、地线网络和布局栅格等。设置完毕，单击OK按钮，程序开始自动布局，产生自动布局的印制板Place1，自动布局完成后，会出现一个对话框，提示自动布局完成，完成后的窗口如图7-22所示。单击OK按钮，屏幕弹出一个对话框，提示是否更新电路板，单击“Yes”按钮，程序更新电路板，退出自动布局状态，PCB如图7-23所示。此时各元件之间存在连线，称为网络飞线，体现节点间的连接关系。显然图中的元件布局不理想，元件标号的方向也不合理，需要手工调整，在保证电气性能的前提下，尽量减少网络飞线的交叉，以利于提高自动布线的布通率。7.3.3手工布局调整手工布局调整主要目的是通过移动元件、旋转元件等方法合理调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。1.元件的选取单个元件选取通过直接用鼠标单击元件实现，多个元件选取可用鼠标拉出方框进行，或者在按住Shift键的同时，用鼠标单击要选中的元件实现。2.元件的移动、旋转通过菜单Edit→Move下的各种命令来完成。在元件移动过程中，按下空格键、〈X〉键、〈Y〉键也可以旋转元件。3.锁定状态元件的移动移动锁定状态的元件，屏幕弹出对话框，单击Yes按钮确定移动元件。4.元件标注的调整双击元件标注，屏幕弹出对话框，可以编辑元件标注。元件标注一般要保持一致的大小和方向，且不能放置在元件上。5.3D显示布局图执行View→Boardin3D显示元件布局的3D视图，观察元件布局是否合理。手工布局调整后的阻容耦合放大电路如图7-25所示，3D图如图7-26所示。7.4设计规则设置与自动布线7.4.1自动布线设计规则设置7.4.2自动布线前的预处理7.4.3自动布线7.4.4手工调整布线7.4.5设计规则检查7.4.6元件重新编号及原理图更新7.4.1自动布线设计规则设置自动布线前，首先要设置布线设计规则。执行菜单Design→Rules，屏幕弹出图7-27所示的对话框，此对话框共有六个选项卡，分别设定与布线、制造、高速线路、元件自动布置、信号分析及其它方面有关的设计规则。以下介绍常用的布线设计规则。1.ClearanceConstraint（间距限制规则）图7-27中选中ClearanceConstraint，进入间距限制规则设置。该规则用来限制具有导电特性的图件之间的最小间距，在对话框的右下角有三个按钮。⑴Add按钮。用于新建间距限制规则，单击后出现图7-28所示的对话框。左边一栏用于设置规则适用的范围，右边一栏是设置设计规则的参数，Connective下拉列表框设置适用网络。设置完毕，单击OK按钮，完成间距设计规则的设定，设定好的内容将出现在设计规则对话框下方的具体内容一栏中。⑵Delete按钮。用于删除选取的规则。⑶Properties按钮。用于修改设计规则参数，修改后的内容会出现在具体内容栏中。2.RoutingCorners（拐弯方式规则）此规则主要是在自动布线时，规定印制导线拐弯的方式。单击Add按钮，屏幕出现图7-29所示的拐弯方式对话框，设置规则适用范围和规则参数。拐弯方式规则的Style下拉列表框中可以选择所需的拐弯方式，有三种：45°拐弯、90°拐弯和圆弧拐弯。其中，对于45°拐弯和圆弧拐弯，有拐弯大小的参数，带箭头的线段长度参数在Setback栏中设置。3.RoutingLayers（布线层规则）此规则用于规定自动布线时所使用的工作层，以及布线时各层上印制导线的走向。单击Add按钮，屏幕出现图7-30所示的布线层规则对话框，可以设置布线层、规则适用范围和布线方式。图中FilterKind下拉列表框用于选择规则适用范围。右边栏设置自动布线时所用的信号层及每一层上布线走向，有下列几种：NotUsed：不使用本层；Horizontal：本层水平布线；Any：本层任意方向布线；Vertical：本层垂直布线；1～5O″Clock：1～5点钟方向布线；45Up：向上45°方向布线；45Down：向下45°方向布线；FanOut：散开方式布线等。布线时应根据实际要求设置工作层。如采用单面布线，设置BottomLayer为Any（底层任意方向布线）、其它层NotUsed（不使用）；采用双面布线时，设置TopLayer为Horizontal（顶层水平布线），BottomLayer层为Vertical（底层垂直布线），其它层NotUsed（不使用）。4.RoutingViaStyle（过孔类型规则）此规则设置自动布线时所采用的过孔类型。单击Add按钮，屏幕出现图7-31所示的过孔类型规则对话框，需设置规则适用范围、孔径范围和钻孔直径范围。图7-32所示为过孔类型规则设置的范例。从图中可以看出，不同类型的过孔，其尺寸设置不同，一般电源和接地的过孔尺寸比较大且为固定尺寸，而其它信号线的过孔尺寸则稍小。5.SMDNeck-DownConstraint（SMD焊盘与导线的比例规则）此规则用于设置SMD焊盘在连接导线处的焊盘宽度与导线宽度的比例，可定义一个百分比，如图7-33所示。单击Add按钮，出现图7-34所示对话框，用于设置SMD焊盘与导线的比例。6.SMDToCornerConstraint（SMD焊盘与拐角处最小间距限制规则）此规则用于设置SMD焊盘与导线拐角的间距大小，如图7-35所示。单击Add按钮，出现图7-36所示的SMD焊盘与导线拐角的间距设置对话框，对话框左边的FilterKind下拉列表框用于设置规则的适用范围；右边的Distance栏用于设置SMD焊盘到导线拐角的距离。7.SMDToPlaneConstraint（SMD焊盘与电源层过孔间的最小长度规则）此规则用于设置SMD焊盘与电源层中过孔间的最短布线长度。单击Add按钮，出现图7-37所示的设置对话框，对话框左边的FilterKind下拉列表框用于设置规则的适用范围；右边的Distance栏用于设置最短布线长度。8.WidthConstraint（印制导线宽度限制规则）此规则用于设置自动布线时印制导线的宽度范围，可定义一个最小值和一个最大值。单击Add按钮，出现图7-38所示的对话框，此对话框用于设置适用范围和线宽限制。⑴设置规则适用范围对话框的左边一栏用于设置规则的适用范围，其中FilterKind下拉列表框，用于设置线宽设置的适用范围。⑵设置布线线宽对话框的右边一栏用于设置规则参数，其中MinimumWidth设置印制导线的最小宽度；MaximumWidth设置印制导线的最大宽度；PreferredWidth设置印制导线的首选布线宽度。自动布线时，布线的线宽限制在这个范围内。在实际使用中，如果要加粗地线的线宽，可以再设置一个专门针对地线网络的线宽设置，如图7-39所示，图中地线的线宽设置为20mil，规则适用范围为网络GND。一个电路中可以针对不同的网络设定不同的线宽限制规则，对于电源和地设置的线宽一般较粗。图7-40为布线线宽限制规则的范例。从图中可以看出共有5个线宽限制规则，其中VCC和GND的线宽最粗，为20mil；+12和-12的线宽居中