第7章PCB99SE自动布线技术

机械工业出版社同名教材配套电子教案Protel99SE印制电路板设计教程制作：福建信息职业技术学院郭勇联系方式：[e-mail]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PCB自动布线就是通过计算机自动将原理图中元件间的逻辑连接转换为PCB铜箔连接，PCB的自动化设计实际上是一种半自动化的设计过程，还需要人工的干预才能设计出合格的PCB。PCB自动布线的流程如下。⑴绘制电路原理图，生成网络表。⑵在PCB99SE中，规划印制板。⑶装载原理图的网络表。⑷自动布局及手工布局调整。⑸自动布线参数设置。⑹自动布线。⑺手工布线调整及标注文字调整。⑻输出PCB图。采用打印机或绘图仪输出电路板图。自动布线步骤返回7.1使用制板向导创建PCB模板Protel99SE提供的制板向导中带有大量已经设置好的模板，这些模板中已具有标题栏、参考布线规则、物理尺寸和标准边缘连接器等，允许用户自定义电路板，并保存自定义的模板。1.使用已有的模板执行File→New建立新文档，屏幕弹出图7-1所示的对话框，选择Wizards选项卡，选中制板向导图标，系统启动图7-2所示的制板向导。单击图7-2中的【Next】按钮，进入图7-3所示的模板选择对话框，在其中可以选择所需的设计模板和所采用的单位制。下面以设计PCI32位的模板为例介绍模板的设计过程。⑴在图7-3中选中模板建立PCI模式的模板，设计的单位制选择为英制（Imperial）。⑵单击【Next】按钮，屏幕弹出印制板类型选择对话框，如图7-4所示，选择印制板类型PCIshortcard3.3V/32BIT。⑶单击图7-4中的【Next】按钮，屏幕弹出标题栏设置对话框，如图7-5所示，可以设置标题（DesignTitle）、公司名称（CompanyName）、PCB板编号（PCBPartNumber）、设计人员姓名（DesignersName）及联系电话（ContactPhone）。⑷设置标题栏信息后，单击【Next】按钮，屏幕弹出信号层设置对话框，如图7-6所示。在其中可以设置使用的信号层。⑸设置好信号层后，单击【Next】按钮，屏幕弹出图7-7所示的过孔类型选择对话框，可以选择ThruholeViasonly（穿透式过孔）和BlindandBuriedViasonly（半掩埋式和掩埋式过孔）。⑹设置完过孔后，单击【Next】按钮，屏幕弹出图7-8所示的元件类型及放置方式设置对话框，设置元件类型为Surface-mountcomponents（帖片式）或Throughholecomponents（插针式）及元件是单面放置（选No）或双面放置（选Yes）。⑺设置完元件放置方式后，单击【Next】按钮，屏幕弹出图7-9所示的布线参数设置对话框，图中主要参数如下。MinimumTrackSize设置最小导线宽度；MinimumViaWidth设置过孔的最小外径；MinimumViaHoleSize设置过孔的最小内径；MinimumClearance设置导线之间的最小间距。⑻所有设置完毕，单击【Next】按钮，屏幕弹出结束模板设计对话框，单击【Finish】按钮完成PCB模板设计。设计完成的PCI32位的PCB模板如图7-10所示。2.自定义电路模板以下以自定义2500mil×2000mil的矩形板为例，说明自定义电路模板的方法。启动制板向导，选中创建自定义模板选项，进入自定义模板状态，屏幕弹出图7-11所示的电路模板参数设置对话框，主要参数如下。⑴板的类型设置。有3种选择，即Rectangular（矩形）、Circular（圆形）和Custom（自定义）；主要参数有Width（宽度）、Height（高度）和Radius（半径，圆形板）。⑵层面设置。BoundaryLayer设置电路板边界所在层面，一般设置为KeepOutLayer；DimensionLayer设置物理尺寸所在层面，系统默认为mechanicalLayer4。图7-11电路板参数设置⑶线宽设置。TrackWidth设置导线线宽；DimensionLineWidth设置标尺线线宽；KeepOutDistanceFromBoardEdge设置禁止布线层上的电气边界与电路板边界之间的距离。⑷其它选择设置。TitleBlock（标题栏显示设置）、LegendString（图例的字符串显示设置）、CornerCutoff（是否切掉电路板的4个角）、Scale（显示比例设置）、DimensionLines（尺寸线显示设置）、InnerCutoff（是否切掉电路板的中间部分）。将Width设置为2500mil，将Height设置为2000mil，单击【Next】按钮，屏幕弹出图7-12所示的自定义印制板外形对话框，此时还可以重新设置印制板的尺寸。定义好印制板尺寸后，单击Next按钮，此后的操作与使用已有模板中的方法相同，分别设置标题栏信息、定义信号层、定义过孔类型、定义元件类型及放置方式、设置布线参数后，单击Next按钮，屏幕弹出一个对话框，若要保存模板，选中复选框，出现图7-13所示的保存模板对话框，输入模板名和模板说明后单击Next按钮，将当前模板保存。上述的印制板规划是使用设计向导进行的，对于一般的电路，不一定需要使用设计向导，可以直接通过手工方式进行PCB规划，如第6章中所述。图7-12定义印制板外形图7-13保存模板返回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。返回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。返回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