Proteus教程―电子线路设计、制版与仿真(第3版)第9章 Proteus ARES的PCB设计

9.1ProteusARES编辑环境9.2印制电路板(PCB)设计流程9.3为元件指定封装9.4元件封装的创建9.5网络表的生成9.6网络表的导入9.7系统参数设置9.8编辑界面设置9.9布局与调整9.10设计规则的设置9.11布线9.12设计规则检测9.13后期处理及输出9.14多层PCB电路板的设计第9章ProteusARES的PCB设计Proteus不仅可以实现高级原理图设计、混合模式SPICE仿真，还可以进行PCB(PrintedCircuitBoard)系统特性设计以及手动和自动布线，以此来实现一个完整的电子系统设计。本章将举例(以\SAMPLES\Schematic&PCBLayout\Cpu.DSN为例)进一步讲述怎样针对一个完成了的原理图进行PCB设计。内容基本按照PCB的设计顺序来进行讲解。基于高性能网表的ARESPCB(AdvancedRoutingandEditingSoftware，ARES)设计软件完全补足了ISIS。ARESPCB设计系统是一个具有32位数据库，包含进行元件自动布局、撤销和重试功能，具有自动布线功能的超强性能的PCB设计系统，其自动布局和自动布线工具使PCB的设计尽可能地简便，复杂的工作尽量都由计算机来完成。同时，ARES也支持手动布线，系统限制相对较少。第9章ProteusARES的PCB设计ARESPCB设计系统的主要特性表现在以下几个方面：有16个铜箔层，2个丝印层和4个机械层；能够将元件进行任意角的布置；在放置元件时能够自动生成飞线(Ratsnest)和力向量；具有理想的基于网表的手工布线系统；物理设计规则检测功能可以保证设计的完整性；具有超过1000种标准封装的元件库；具有完整的CADCAM输出以及嵌板工具；当用户修改了原理图并重新加载网表，ARES将会自动更新相关联的元件和连线。同理，ARES中的变化也将自动地反馈到原理图中。第9章ProteusARES的PCB设计9.1ProteusARES编辑环境运行“开始”→“程序”→“Proteus7Professional”→“ARES7Professional”，出现如图9-1所示的ProteusARES编辑环境。第9章ProteusARES的PCB设计点状的栅格区域为编辑窗口，左上方为预览窗口，左下方为元器件列表区，即对象选择器。其中，编辑窗口用于放置元器件，进行连线等；预览窗口可显示选中的元件以及编辑区。同ProteusISIS编辑环境相似，在预览窗口中有两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域。在预览窗口上单击，并移动鼠标指针，可以在当前页任意选择当前编辑窗口。下面分类对编辑环境作进一步的介绍。第9章ProteusARES的PCB设计9.1.1ProteusARES工具箱图标按钮ProteusARES编辑环境当中提供了很多可使用的工具，如图9-1左侧所示，选择相应的工具箱图标按钮，系统会提供相应的操作工具。(1)放置和布线工具按钮。Selection按钮：光标模式，可选择或编辑对象。Component按钮：放置和编辑元件。Package按钮：放置和编辑元件封装。Track按钮：放置和编辑导线。Via按钮：放置和编辑过孔。Zone按钮：放置和编辑敷铜。Ratsnest按钮：输入或修改连线。ConnectivityHighlight按钮：以高亮度显示连接关系。第9章ProteusARES的PCB设计(2)焊盘类型图标按钮。RoundThrough-holePad按钮：放置圆形通孔焊盘。SquareThrough-holePad按钮：放置方形通孔焊盘。DILPad按钮：放置椭圆形通孔焊盘。EdgeConnectorPad按钮：放置板插头(金手指)。CircularSMTPad按钮：放置圆形单面焊盘。RectangularSMTPad按钮：放置方形单面焊盘，具体尺寸可在对象选择器中进行选择。PolygonalSMTPad按钮：放置多边形单面焊盘。Padstack按钮：放置测试点。第9章ProteusARES的PCB设计(3)二维图形(2Dgraphics)模式图标按钮。2DGraphicsLine按钮：直线按钮，用于绘制直线。2DGraphicsBox按钮：方框按钮，用于绘制方框。2DGraphicsCircle按钮：圆形按钮，用于绘制圆。2DGraphicsArc按钮：弧线按钮，用于绘制弧线。2DGraphicsClosedPath按钮：任意闭合形状按钮，用于绘制任意闭合图形。2DGraphicsText按钮：文本编辑按钮，用于插入各种文字说明。2DGraphicsSymbols按钮：符号按钮，用于选择各种二维符号元件。2DGraphicsMarkers按钮：标记按钮，用于产生各种二维标记图标。Dimension按钮：测距按钮，用于放置测距标识。第9章ProteusARES的PCB设计另外，编辑区的下方系统还提供了各种旋转图标按钮，当按下Component按钮，并在对象选择器中选择一个元件，就可以通过单击，对元件分别进行顺时针、逆时针、水平镜像和垂直镜像的旋转。9.1.2ProteusARES菜单栏ProteusARES主菜单栏如图9-2所示。第9章ProteusARES的PCB设计各菜单说明如下。“文件”菜单用于新建、保存和导入文件等。“输出”菜单用于将设计好的PCB文件输出到图纸或保存为其他格式的文件。“查看”菜单用于查看界面元素及缩放视图等。“编辑”菜单用于撤销或重复操作、复制粘贴元件、新建及编辑元件。“库”菜单用于从库中选择元件/图形或将元件/图形保存到库。“工具”菜单提供了多个用于对元件/图形元素进行调整和编辑的命令，如自动轨迹选择、自动元件名管理、自动布线及断线检查等。“系统”菜单提供了多个属性设置命令，如设置层颜色、环境设置、板层设置、模板设置和绘图设置等。“帮助”菜单提供了众多帮助内容和条目，读者在学习过程中遇到问题时，可从中查找相应的解决方法。第9章ProteusARES的PCB设计9.2印制电路板(PCB)设计流程印制电路板设计的一般步骤如下：1.绘制原理图这是电路板设计的先期工作，主要是完成原理图的绘制，包括生成网络表。当然，有时也可以不进行原理图的绘制，而直接进入PCB设计系统。原来用于仿真的原理图需将信号源及测量仪表的接口连上适当的连接器。另外，要确保每一个元器件都带有封装信息。2.规划电路板在绘制印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸，采用几层电路板(单面板、双面板或多层板)，各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，是确定电路板设计的框架。第9章ProteusARES的PCB设计3.设置参数参数的设置是电路板设计中非常重要的步骤。设置参数主要是设置元件的布置参数、层参数、布线参数等。一般说来，有些参数采用其默认值即可。4.装入网络表及元件封装网络表是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口，因此这一步也是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板设计的顺利进行。5.元件的布局元件的布局可以让软件自动布局。规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件，并自动将元件布置在电路板边框内。当然，也可以进行手工布局。元件布局合理后，才能进行下一步的布线工作。第9章ProteusARES的PCB设计6.自动布线如果相关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。7.手工调整自动布线结束后，往往存在令人不满意的地方，需要手工调整。8.文件保存及输出完成电路板的布线后，保存完成的电路线路图文件。然后利用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。第9章ProteusARES的PCB设计9.3为元件指定封装为正确完成PCB设计，原理图的每一个元件，必须带有封装信息。在ISIS软件中添加元器件时，多数已自动为元件配置了一个封装，但这个封装并不一定很适合你的设计。另外，有部分元件可能没有封装信息，因此就需要重新为元件添加合适的封装。下面以\SAMPLES\Schematic&PCBLayout\Cpu.DSN(如图9-3所示)中元件C1为例来说明。第9章ProteusARES的PCB设计图9-3原理图Cpu.DSN第9章ProteusARES的PCB设计A030A131A232A333A434A535A636A737A838A939A1040A111A122A133A144A155D014D115D212D38D47D59D610D713M127MREQ19IORQ20RD21WR22RFSH28HALT18WAIT24INT16NMI17RESET26BUSRQ25BUSAK23CLK6U1Z80A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20CS26WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719U26264A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D719U32764A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12D0D1D2D3D4D5D6D7D034D133D232D331D430D529D628D727RD5WR36A09A18RESET35CS6PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710U48255AD0D1D2D3D4D5D6D7WRIORQRDWRRDWRA0A1231U5:A74HCT02231U5:B74HCT02IORQA612345678910111213141516J1DISPLAYD0D1D2D3D4D5D6D7A0A1VCCGNDA712U6:A74HC04XT12MHzFREQ=?34U6:B74HC04R14K7R24K7C11n56U6:C74HC04C210uR347K1312U6:D74HC04RESETRESETRESETRESETPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7R44K7R54K7R64K7R74K7R84K7R94K7R104K7R114K712345678910111213141516J2KEYPADD11N4148D21N4148D31N4148D41N4148A12A13A14A15PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC71110U6:E74HC0498U6:F74HC04PC012J3BEEPER12345678910111213141516J5I/O2PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC2PC512345J4I/O1PC1PC4231U5:C74HCT02打开C1的属性对话框，如图9-4所示。单击“PCBPackage”后面的按钮，打开封装选择对话框(前提是已经安装了ARES)，如图9-5所示。把“Keywords”中的内容删掉，在右边封装列表中选择一个合适的内容，单击“OK”按钮完成。第9章ProteusARES的PCB设计图9-5封装选择对话框第9章ProteusARES的PCB设计采用同样的方法，对原理图中所有元件定义或修改封装信息。调整好元件的封装后，选择