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机械工业出版社同名教材配套电子教案EDA技术基础（第2版）制作：福建信息职业技术学院郭勇第9章PCB自动布线本章要点9.1从原理图到印制板9.2元件自动布局9.3布线规则设置与自动布线9.4PCB设计技巧9.5印制板输出本章要点●PCB自动布线的流程●网络表文件的调用与元件匹配●元件自动布局及调整●自动布线参数设置及自动布线●DRC检查与网络表比较●PCB输出返回PCB自动布线流程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。9.1从原理图到印制板以下采用图8-1所示的单管放大电路原理图为例进行说明PCB的自动设计，图中的元件封装设置为：电阻为AXIAL0.3、电容为RB.2/.4、三极管为TO-92A。进行PCB自动布线前，应在原理图编辑器中产生该电路的网络表。9.1.1通过网络表文件装载元件在KeepoutLayer规划好印制板后，执行菜单Design→LoadNets载入在原理图设计中生成的网络表文件，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，如图9-1示，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9-2所示。图9-2中，载入的元件都散开排列在禁止布线边框之外（在Protel99SESP6之前的版本中，元件堆积在光标处），布线前还必须进行自动布局。9.1.2装载网络表文件出错的修改要保证装载的网络表正确，牵涉到的因素很多，最主要的是元件封装是否存在、网络表是否正确及原理图的元件与PCB中的元件封装的管脚之间是否匹配。下面以图9-3所示的二极管检波电路为例来说明在载入网络表时出错的修改方法。图示电路中，二极管的封装设置为DIODE0.4，电阻的封装设置为AXIAL0.3，电容的封装设置为RB.1/.2。在SCH编辑器中，绘制好电路图，并进行ERC检验，检验正确后，执行菜单Design→CreateNetlist生成网络表文件。进入PCB99SE，规划印制板后，执行菜单Design→LoadNets，屏幕弹出装载网络表对话框，选中刚生成的网络表文件，出现图9-3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，而是在于原理图元件与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。本例中，在原理图中将电容封装改为RB.2/.4，重新生成网络表，解决电容封装的错误；在PCB编辑器中将二极管焊盘编号A、K改为1、2，并重新装载网络表文件，此时所有错误消失。9.1.3通过“更新PCB”方式由原理图产生PCB文件Protel99SE中可以通过“更新PCB”方式由原理图直接产生PCB文件，本节介绍具体的操作方法。1.在原理图中放置PCB布线指示标记在原理图绘制中，通过放置PCB布线指示的方式，针对某些连线预先设置印制导线宽度、过孔直径、优先级设置等布线规则内容，这些参数设置可以包含在Protel2格式的网络表中，在PCB设计时自动生效。在SCH99SE中，执行Place→Directive→PCBLayout，或单击图标，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9-4所示。一般在布线中对电源线和地线都要加粗一些，所以图中针对电源线和地线增加了布线指示标记，预先进行布线规则设置。2.设置PCB布线指示属性双击PCB布线指示标记，屏幕弹出图9-5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、布线层设置等布线规则内容，对话框主要参数如下。TrackWidth：用于设置布线的线宽，默认为10mil。ViaWidth：设置过孔尺寸，默认为50mil。Topology：设置PCB上当前导线的走线方式，默认为Shortest（最短连线方式）。Priority：设置PCB上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，图中选择BottomLayer。以上参数设置好后，单击【OK】按钮确认。至此，原理图中的设置完毕，可以通过“更新PCB”方式由原理图直接产生PCB文件。3.通过“更新PCB”方式调用元件在原理图编辑器中执行菜单Design→UpdatePCB，系统将产生一个新PCB文件，如果当前项目文件中已经存在PCB文件，系统弹出图9-6所示的对话框，要求选择需要更新的PCB文件。单击【Apply】按钮，系统将更新选中的文件；单击【Createanewdocument】按钮，系统将自动产生一个新PCB文件。选择Createanewdocument，新建一个PCB文件，屏幕弹更新PCB文件对话框，设置好参数后，单击【Execute】按钮实现PCB同步装入。4.显示已装入的元件导入元件后，在工作区中一般看不到导入的元件，这是因为没有对元件进行有效的显示。执行View→FitDocument显示整个文档，屏幕将显示已导入的所有元件，如图9-8所示。从图中可以看出，所有元件的管脚上都有网络飞线连接，元件整齐地排列在PCB工作区中，由于此时PCB上还没有设置禁止布线区，要进行自动布线，必须手工设置禁止布线区。采用“更新PCB”方式导入元件，已将布线指示标记中的布线规则设置到当前文件中，此时执行Design→Rules查看布线规则是否正确，有问题可进行修改。返回9.2元件自动布局从图9-2中可以看出，载入元件后，元件排列在禁止布线框外，且为同类元件一字排开，显然这种布局是不符合实际要求的，此时需要将元件分开，放置到合适的位置上，进行元件布局，PCB99SE中提供有自动布局功能。9.2.1元件自动布局前的处理1.布局栅格设置执行菜单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.字符串显示设置在PCB设计中，缩小显示电路时，字符串经常会变为一个矩形轮廓，这样不利于元件的识别，此时需要减小字符串的阀值参数，以保证字符串以文本形式显示。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，可以完整显示字符串内容。3.元件自动布局参数设置执行Design→Rules，在弹图9-9布局参数设置出的对话框中选中Placement选项卡，屏幕出现图9-9所示的元件布局参数设置对话框。主要设置元件间的最小间距、元件放置的方向、分组形式进行自动布局时应忽略的网络、放置元件的层面、限定或排斥某些特定对象的矩形区域的范围等参数。由于Protel99SE的布局效果较差，一般只能将元件散开排列，大部分需要手工布局调整，故无需详细设置布线参数，一般选择默认即可。9.2.2元件自动布局自动布局前，必须在KeepoutLayer上先规划电路板的电气边界，然后才能载入网络表文件，否则屏幕会提示出错。执行菜单Tools→AutoPlacement→AutoPlacer，屏幕弹出自动布局对话框，如图9-10所示，共有3个选项。图9-10自动布局对话框ClusterPlacer：组布局方式。该方式根据连接关系将元件分组，然后按照几何关系放置元件组，该方式一般在元件较少的电路中使用。StatisticalPlacer：统计布局方式。该方式根据统计算法放置元件，以使元件之间的连线长度最短，该方式一般在元件较多的电路中使用。QuickComponentPlacer：快速布局。该选项只有在选中组布局方式时有效。通常采用统计布局方式（StatisticalPlacer）。选中后，屏幕弹出图9-11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。图9-11统计布局方式下的自动布局设置GroupComponent：选中此项，将当前网络中联系密切的元件归于一组。RotateComponent：选中此项，在元件布局时，允许旋转元件。PowerNets：指定电源网络名称，该项必须指定，若有多个电源，可用空格隔开，如：VCC+12+5。GroundNets：指定地线网络名称，该项必须指定，如GND。GridSize：设置元件自动布局时的栅格间距。设置完毕，单击【OK】，系统开始自动布局，完成后，弹出一个对话框，提示自动布局完成，如图9-12所示。单击【OK】，屏幕弹出一个对话框，提示是否更新电路板，单击【Yes】，程序更新电路板，退出布局状态，PCB如图9-13所示。此时各元件之间存在连线，称为网络飞线，体现了节点间的连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。显然图9-13中的元件布局不理想，元件标号、标称值的方向也不合理，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。9.2.3自动布局后的手工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.修改不符合规范的PCB元件焊盘编号本例中由于三极管的封装中的焊盘编号与原理图中的定义不符，应重新定义焊盘编号。双击要修改编号的焊盘，屏幕弹出焊盘属性对话框，在Designator栏中重新设定编号。修改编号后，应重新装载网络表，以保证网络飞线的正确。图9-14所示为三极管的原理图元件管脚和PCB元件焊盘编号的对照图。2.锁定状态元件的移动移动锁定状态的元件，屏幕弹出图9-15所示的对话框，提示是否确定移动锁定元件，单击【Yes】确定移动元件。图9-15移动锁定元件对话框3.元件标注的调整元件布局调整后，一般要相应地调整元件标注，移动和旋转元件标注的方法与调整元件的方法相同。双击元件标注，屏幕弹出一个对话框，可以编辑元件标注，主要有Text（文字内容）、Height（高度）、Width（宽度）、Font（字体）、Layer（所在工作层面）、Rotation（旋转角度）、Hide（隐藏）、Mirror（镜像）等。元件的标注一般要保持一致的大小和方向，且元件标注不能压在元件符号和焊盘上。图9-16调整后的布局图图9-17布局的3D图经过手工调整后的布局图如图9-16所示。4.3D显示布局图布局调整结束后，执行菜单View→Boardin3D显示元件布局的3D视图，如图9-17所示，观察元件布局是否合理。返回9.3布线规则设置与自动布线在电路庞大的情况下，如果使用手工布线，不仅效率很低，难度也很大，这时可以充分利用Protel99SE强大的自动布线功能，快速有效地完成布线工作。9.3.1常用自动布线规则设置自动布线前，首先要设置布线规则，设计规则制定后，程序自动监视PCB，检查PCB中的图件是否符合设计规则，若违反了设计规则，将以高亮显示错误内容。执行Design→Rules，屏幕弹出图9-18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。图中选中的是有关布线的设计规则（Routing），在此选项卡中，RuleClasses栏中列出了有关布线的10个设计规则，右上方区域是所选取的设计规则的说明，下方是所选取的设计规则的具体内容。图9-18设计规则对话框布线规则规则说明规则内容1.ClearanceConstraint（间距限制规则）在图9-18中选中ClearanceConstraint，进入间距限制规则设置。该规则限制具有导电特性的图件之间的最小间