第22-23讲PCB自动布线与流水灯PCB设计

电子电路CAD设计1第22-23讲PCB自动布线与流水灯PCB设计主要内容一、流水灯产品介绍及设计说明二、元件预布局与装载网络表三、元件自动布局及手工调整四、PCB预布线五、自动布线规则设置六、自动布线及手工调整七、泪滴使用八、设计规则检查电子电路CAD设计2电子电路CAD设计3流水灯常用于电子玩具和场所装饰中，可以美化环境，渲染气氛。本例中的流水灯电路采用双面圆形PCB，通过16个环形排列的发光二极管进行流水显示，发光二极管的显示由微处理器89C51编程控制。一、流水灯产品介绍及设计说明电子电路CAD设计41.设计前的准备⑴建立项目文件“流水灯.PRJPCB”，根据图6-1绘制流水灯原理图，元件的参数参考表6-1，对电路进行编译，修改原理图中的错误。⑵参考图6-2，设计MC7805的卧式封装TO-220H，相邻焊盘间距。⑶参考图6-3设计复位按钮的封装SW，外型尺寸为6mm×6mm。⑷根据表6-1重新设置好各元件的封装。电子电路CAD设计5电子电路CAD设计6二、元件预布局与装载网络表1.规划PCB采用公制规划尺寸，PCB的机械轮廓半径51mm，电气轮廓50mm。2.放置螺丝孔根据图6-4所示的位置，执行菜单“放置”→“焊盘”，在图示位置放置3个3mm焊盘，焊盘编号均设置为0。电子电路CAD设计7电子电路CAD设计8重复16次，标号依次加1元件旋转角度22.5元件圆形排列电子电路CAD设计9电子电路CAD设计10电子电路CAD设计11电子电路CAD设计12三、元件自动布局及手工调整1.元件自动布局在进行自动布局前，必须在禁布层（KeepoutLayer）上规划PCB的电气边界，然后才能载入网络表文件，预布局的元件必须设定为锁定状态。执行菜单“工具”→“放置元件”→“自动布局”，屏幕弹出“自动布局”对话框，如图6-12、6-13所示。在元件较少的电路中使用在元件较多的电路中使用需设置参数电子电路CAD设计13自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。本电路采用分组布局，选中【快速元件布局】复选框，布局效果如图6-14所示，各元件之间存在网络飞线，体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。2.手工布局调整手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。对于处于锁定状态的元件必须先在“元件属性”中去除锁定状态才能移动。布局调整结束后，执行菜单“查看”→“显示三维PCB板”，显示元件布局的3D视图，观察元件布局是否合理。手工布局调整后的流水灯电路如图6-15所示。自动布局效果不好电子电路CAD设计14四、PCB预布线电子电路CAD设计15顶层露铜底层覆铜电子电路CAD设计164.锁定预布线有些电路在自动布线前已经针对某些网络进行了预布线，如果要在自动布线时保留这些预布线，可以在自动布线器选项中设置锁定所有预布线。执行菜单“自动布线”→“设定”，屏幕弹出“Situs布线策略”对话框，选中对话框下方的【锁定全部预布线】复选框，锁定全部预布线，单击“OK”按钮退出设置状态。电子电路CAD设计17五、自动布线规则设置设计规则列表栏设计详细内容栏电子电路CAD设计181.电气设计规则（Electrical）电气设计规则是PCB布线过程中所遵循的电气方面的规则，主要用于DRC电气校验。共包含了4个子规则。⑴Clearance（安全间距规则设置）安全间距规则用于设置PCB上不同网络的导线、焊盘、过孔及覆铜等导电图形之间的最小间距。通常情况下安全间距越大越好，但是太大的安全间距会造成电路布局不够紧凑，增加PCB的尺寸，提高制板成本。安全间距通常设置为10mil～20mil（0.254mm～0.508mm）。用鼠标左键单击图6-19中的【Clearance】规则，系统默认一个名称为“Clearance”的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，可以进行设置。设置最小间距设置适用范围电子电路CAD设计19⑵Short-Circuit（短路约束规则设置）短路约束规则用于设置PCB上的导线等对象是否允许短路。单击图6-19中的【Short-Circuit】规则，系统默认一个名称为“ShortCircuit”的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，如图6-21所示。系统默认的短路约束规则是不允许短路。但在一些特殊的电路中，如带有模拟地和数字地的模数混合电路，在设计时，这两个地是属于不同网络的，但在电路设计完成之前，设计者必须将这两个地在某一点连接起来，这就需要允许短路存在。为此可以针对两个地线网络单独设置一个允许短路的规则，在两个【匹配对象的位置】区中分别选中数字地和模拟地，然后选中【允许短回路】复选框即可。不选中表示不允许短路电子电路CAD设计202.布线设计规则（Routing）在PCB规则和约束编辑器的规则列表栏单击【Routing】项，系统展开所有的布线设计规则列表，共包含了7个子规则，主要的子规则说明如下。⑴Width（导线宽度限制规则）导线宽度限制规则用于设置自动布线时印制导线的宽度范围，可以定义最小宽度（MinWidth）、最大宽度（MaxWidth）和优选尺寸（PreferredWidth），单击每个宽度栏并键入数值即可对其进行设置，如图6-22所示。在实际使用中，通常会针对不同的网络设置不同的线宽限制规则，特别是地线网络的线宽，此时可以建立新的线宽限制规则。电子电路CAD设计21设置适用范围设置线宽大小限制电子电路CAD设计22电子电路CAD设计231.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。电子电路CAD设计24适用范围GND线宽大小0.75mm电子电路CAD设计25电子电路CAD设计26电子电路CAD设计27双面布线若单面布线,则只选中BottomLayer电子电路CAD设计28电子电路CAD设计29电子电路CAD设计30本例中布线设计规则设置主要内容如下。安全间距规则设置：0.254mm，适用于全部对象；短路约束规则：不允许短路；导线宽度限制规则：GND的线宽为0.75mm，VCC的线宽为0.65mm，其它信号线的线宽为0.5mm，优先级依次降低；布线层规则：双面布线；布线转角规则：45°拐弯；其它规则选择默认。电子电路CAD设计31在PCB设计界面中，执行菜单“自动布线”→“全部对象”，屏幕弹出“Situs布线策略”对话框，如图6-33所示。六、自动布线及手工调整电子电路CAD设计32电子电路CAD设计33电子电路CAD设计34布线时应根据实际要求设置布线层的走线方式，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Vertical（垂直布线），BottomLayer层为Horizontal（水平布线），其它层NotUsed（不使用）。一般在两层以上的PCB布线中，布线层的走线方式可以选择Automatic，系统会自动设置相邻层采用正交方式走线。电子电路CAD设计35电子电路CAD设计36电子电路CAD设计375.手工布线调整调整布线常常需要拆除以前的布线，PCB编辑器中提供有自动拆线功能和撤消功能，当设计者对自动布线的结果不满意时，可以使用该工具拆除电路板图上的铜膜线而只剩下网络飞线。⑴撤消操作⑵自动拆线自动拆线的菜单命令在“工具”→“取消布线”的子菜单中,可以针对全部对象、网络、连接、元件、Room空间拆除与元件连接的铜膜线。手工布线调整后的流水灯PCB如图6-41所示。电子电路CAD设计38电子电路CAD设计39七、泪滴使用所谓泪珠滴，就是在印制导线与焊盘或过孔相连时，为了增强连接的牢固性，在连接处逐渐加大印制导线宽度。采用泪珠滴后，印制导线在接近焊盘或过孔时，线宽逐渐放大，形状就象一个泪珠，如图6-42所示。添加泪珠滴时要求焊盘要比线宽大，一般在印制导线比较细时可以添加泪珠滴。泪珠滴电子电路CAD设计40电子电路CAD设计41参数设置完毕，单击“确认”按钮，系统自动添加泪珠滴。图6-44所示为添加泪珠滴的流水灯PCB，图中针对所有焊盘添加导线型泪珠滴。电子电路CAD设计42八、设计规则检查（DRC）设置DRC报告的内容DRC检查的规则电子电路CAD设计43各项规则设置完毕，单击“运行设计规则检查”按钮进行检测，系统将弹出“Message”窗口，如果PCB有违反规则的问题，将在窗口中显示错误信息，同时在PCB上高亮显示违规的对象，并生成一个报告文件，扩展名为“.DRC”，用户可以根据违规信息对PCB进行修改。流水灯的设计规则检查报告如下，报告中有多处违规错误（“【”和“】”中的内容为添加的说明文字，实际不存在），用户必须根据实际情况分析是否需要修改。电子电路CAD设计44DRC报告局部内容