protel详细布线规则.docx

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protel详细布线规则

第11章印刷电路板的自动布局与自动布线

在第十章，我们通过一个单层印刷电路板的制作，熟悉了电路板的手工布局和手工布线的各种基本操作。

而对于比较复杂的电路，手工布线费时费力，易产生差错。

根据电路原理图生成网络表，再进行电路板的自动布局和自动布线，才是Protel99SE的最大特色。

下面，我们通过一个双层印刷电路板的制作，介绍印刷电路板的自动布局和自动布线操作。

11.1根据原理图创建网络表

依据电路原理图而生成的网络表，是实现印刷电路板自动布局和自动布线的基础。

以如图11.1所示原理图为例。

（该图的元件明细表在4.5.4“练一练”中给出）

图11.1电路原理图

新建一个设计数据库，命名为scb.ddb。

在其Document文件夹下，建立名称为scb.sch的电路原理图文件，并根据图11.1所示电路来绘制原理图。

在原理图编辑器下，选择菜单命令Design|CreateNetlist，用来生成网络表文件，命名为。

该部分操作可参见第7章内容。

11.2电路板的规划

在进行电路板的布局和布线之前，除了设置有关的PCB工作参数外,还必须确定电路板使用哪些工作层，并在相应的工作层确定电路板的物理边界和电气边界。

11.2.1确定电路板的工作层

因为采用双层板，一般应具有如下的工作层：

●顶层（TopLayer）：

放置元件并布线。

●底层（BottomLayer）：

布线并进行焊接。

●顶层丝印层（TopOverlay）：

放置元件的轮廓、标注及一些说明文字。

●多层（MultiLayer）：

用于显示焊盘和过孔。

●机械层4（Mechanical4）：

用于确定电路板的物理边界,也就是电路板的边框。

●禁止布线层（KeepOutLayer）：

用于确定电路板的电气边界。

11.2.2在机械层确定电路板的物理边界

在设计数据库scb.ddb下的Documents文件夹下，创建一个PCB文件，命名为scb.pcb。

1．创建机械层

Protel99SE系统提供了16个机械层。

在不同的机械层上，可以绘制电路板的物理边界，放置物理尺寸、标题信息、队列标记等。

一般在Mechanical4来绘制电路板的物理边界。

执行菜单命令Design|MechanicalLayers，弹出如图9.15的对话框，选取Mechanical4（机械层4），层的名称采用默认值，并选取Visible（可见）和DisplayInSingleLayerMode（在单层显示时在各层显示）两个复选框。

创建机械层后，在PCB文件工作窗口的下方出现Mechanical4标签。

2．确定电路板的物理边界

电路板的物理尺寸为长1770mil，宽1490mil。

在机械层4绘制电路板的物理边界的步骤如下：

①在工作窗口下方，用鼠标左键单击Mechanical4标签，把当前层切换为Mechanical4。

②执行菜单命令Edit|Origin|Set，或单击放置工具栏的放置坐标原点按钮

，设置当前坐标原点。

③执行菜单命令Place|Line，或单击放置工具栏的放置连线按钮

，放置连线，绘制出电路板的物理边界。

四个顶点的坐标值为：

（0，0）、（1770，0）、（1770，1490）和（0，1490）。

绘制好的电路板的物理边界如图11.2所示。

图11.2绘制电路板的物理边界

练一练：

打开Scb.pcb文件，创建机械层，根据上面要求的外形尺寸，绘制电路板的物理边界。

11.2.3在禁止布线层确定电路板的电气边界

电路板的电气边界，是指在电路板上设置的元件布局和布线的范围。

电气边界一般定义在禁止布线层上。

禁止布线层是一个对于电路板的自动布局、自动布线非常有用的层，它用于限制布局、布线的范围。

为了防止元件的位置和布线过于靠近电路板的边框，电路板的电气边界要小于物理边界，如电气边界距离物理边界50mil，则电气边界的长为1720mil，宽为1440mil。

一般情况下，也可以不确定物理边界，而用电路板的电气边界来替代物理边界。

绘制电路板的电气边界的操作步骤如下：

①把当前层切换为KeepOutLayer。

②执行菜单命令Place|Line，或单击放置工具栏的放置连线按钮

，放置连线，绘制出电路板的电气边界。

四个顶点的坐标为（50，50）、（1720，50）、（1720，1440）和（50，1440）。

绘制好的电路板的电气边界如图11.3所示。

图11.3绘制电路板的电气边界

练一练：

在Scb.pcb中的禁止布线层，按照上面的要求，绘制电路板的电气边界。

11.2.4使用向导生成电路板

对于初学者，使用系统提供的电路板生成向导来规划电路板会带来许多方便，同时也可以根据向导指导的步骤，来学习规划电路板。

具体操作步骤如下：

①执行File|New命令，在弹出的对话框中选择Wizards选项卡，如图11.4所示。

图11.4新建PCB文件的Wizards选项卡

②选择PrintCircuitBoardWizard（印刷电路板向导）图标，单击OK按钮，将弹出如图11.5所示的对话框。

图11.5电路板向导

③单击Next按钮，将弹出如图11.6所示的选择预定义标准板对话框。

在列表框中可以选择系统已经预先定义好的板卡的类型。

如选择CustomMadeBoard，则设计作者自行定义电路板的尺寸等参数。

选择其它选项，则直接采用现成的标准板。

图11.6选择电路板模板

④选择CustomMadeBoard项，单击Next按钮，系统弹出设定电路板相关参数的对话框，如图11.7（a）所示，具体参数设置如下：

●Width：

设置电路板的宽度。

●Height：

设置电路板的高度。

●Rectangular：

设置电路板的形状为矩形，需确定宽和高这两个参数。

●Circular：

设置电路板的形状为圆形，需确定半径这个参数。

●Custom：

自定义电路板的形状。

●BoundaryLayer：

设置电路板边界所在层，默认为KeepOutLayer。

●DimensionLayer：

设置电路板的尺寸标注所在层，默认为MechanicalLayer4。

●TrackWidth：

设置电路板边界走线的宽度。

●DimensionLineWidth：

设置尺寸标注线宽度。

●KeepOutDistanceFromBoardEdge：

设置从电路板物理边界到电气边界之间的距离尺寸。

●TitleBlock：

设置是否显示标题栏。

●LegendString：

设置是否显示图例字符。

●DimensionLine：

设置是否显示电路板的尺寸标注。

●CornerCutoff：

设置是否在电路板的四个角的位置开口。

该项只有在电路板设置为矩形板时才可设置。

●InnerCutoff：

设置是否在电路板内部开口。

该项只有在电路板设置为矩形板时才可设置。

●Scale：

设置是否显示刻度尺。

当Title和Scale两个复选框同时无效时，将不再显示标题栏和刻度尺。

图11.7（a）自定义电路板的参数设置

设置完成后，系统将弹出几个有关电路板尺寸参数设置的对话框，对所定义的电路板的形状、尺寸加以确认或修改，如图11.7（b）和11.7（c）所示。

图11.7（b）对电路板的边框尺寸进行设置图11.7（c）对电路板的四个角的开口尺寸进行设置

设置完毕，如果在图11.7（a）中的TitleBlock项被选中，系统将弹出如图11.8所示的对话框，可输入电路板的标题块中的信息，包括DesignTitle（设计名称）、CompanyName（公司名称）、PCBPartNumber（电路板编号）、FirstDesignersName（第一设计者姓名）和ContactPhone（联系电话）、SecondDesignersName（第二设计者姓名）和ContactPhone（联系电话）。

图11.8输入标题块中的有关信息

⑤单击Next按钮，将弹出如图11.9所示对话框，可设置信号层的数量和类型，以及电源/接地层的数目。

各项含义如下：

●TwoLayer-PlatedThroughHole：

两个信号层，过孔电镀。

●TwoLayer-NonPlated：

两个信号层，过孔不电镀。

●FourLayer：

4层板。

●SixLayer：

6层板。

●EightLayer：

8层板。

●SpecifythenumberofPower/Groundplatesthatwillbeusedinadditiontothelayersabove：

选取内部电源/接地层的数目，包括Two（两个内部层）、Four（四个内部层）和None（无内层）。

注意，该电路板向导不支持单层板。

图11.9设置信号层的层数及类型等参数

⑥单击Next按钮，将弹出如图11.10所示的对话框，可设置过孔的类型（穿透式过孔、盲过孔和隐藏过孔）。

对于双层板，只能使用穿透式过孔。

图11.10设置过孔类型

⑦单击Next按钮，将弹出如图11.11（a）所示的对话框，可设置将要使用的布线技术；针脚式元件和表面粘贴式元件哪一个较多。

如选择表面粘贴式元件（Surface-mountcomponents），还要设置元件是否在电路板的两面放置，如图11.11（a）所示；如选择针脚式元件（Through-holecomponents），还要设置在两个焊盘之间穿过导线的数目，如图11.11（b）所示，有OneTrack、TwoTrack和ThreeTrack三个选项。

图11.11（a）选择表面粘贴式元件时的设置图11.11（b）选择针脚式元件时的设置

⑧单击Next按钮，将弹出如图11.12所示的对话框，可设置最小的导线宽度、最小的过孔尺寸和相邻走线的最小间距。

这些参数都会作为自动布线的参考数据。

设置参数如下：

●MinimumTrackSize：

设置最小的导线尺寸。

●MinimumViaWidth：

设置最小的过孔外径直径。

●MinimumViaHoleSize：

设置过孔的内径直径。

●MinimumClearance：

设置相邻走线的最小间距。

图11.12设置最小的尺寸限制

⑨单击Next按钮，弹出是否作为模板保存的对话框，如图11.13所示。

如果选择此项，再输入模板名称和模板的文字描述。

图11.13保存为模板文件

⑩单击Next按钮，弹出完成对话框，单击Finish按钮结束生成电路板的过程，如图11.14所示，该电路板已经规划完完毕。

图11.14利用向导生成的PCB

练一练：

1．利用电路板生成向导，新建一块2000mil×1600mil的矩形电路板，四个角开口，尺寸为200milX200mil，板的内部无开口，双层板，过孔电镀，使用针脚式元件，导线最小宽度为20mil，元件管脚间只允许穿过一条导线。

2．利用电路板生成向导，新建一块圆形电路板，半径为1000mil，双层板，表面粘贴式元件较多，双面放置元件，最小导线宽度为10mil。

3．利用电路板生成向导，生成本章例子所需电路板。

长为1770mil，宽为1490mil；物理边界和电气边界间隔50mil；电路板的四角及内部无开口；双层板，过孔电镀，使用针脚式元件，导线最小宽度为10mil，元件管脚间只允许穿过一条导线。

11.3PCB元件库

11.3.1PCB元件库与SCH元件库的区别

1．概念上的区别

在这里，要注意区分焊接在电路板上的元件、SCH的元件库、PCB的元件库在概念上是不同的。

在SCH元件库中的元件是对应实际元件的电气符号，在原理图中采用，我们可以称之为SCH元件；而PCB元件库中的元件是实际元件的封装，在电路板图中采用，我们可以称之为PCB元件。

在Protel99SE中，SCH元件和PCB元件分属于两个不同软件功能的元件库。

另外，两个元件库也有一定的对应关系。

SCH元件库中的同一类元件可以对应多个PCB元件库中的元件，例如，同是电阻，对应的封装有多个；而一个PCB元件库中的元件，可能对应SCH元件库中的多类元件。

2．元件引脚编号的区别

有的SCH元件与对应的PCB元件在元件引脚编号的定义上是有所区别的。

①二极管元件：

其SCH元件与PCB元件的引脚编号是不同的，如图11.15所示。

（a）（b）

图11.15二极管的SCH元件与PCB元件

②三极管元件：

以NPN型三极管为例，如图11.16所示。

引脚编号123123123

对应极BCEEBCEBC

（a）（b）（c）

图11.16三极管的SCH元件与PCB元件

在图11.16中，可以看出三极管的SCH元件与PCB元件的引脚编号是相同的，但它们的引脚对应的极的名称却存在差异。

③电位器元件：

如图11.17所示。

从图中可以看出，电位器的SCH元件的中间抽头的引脚编号为3，与其PCB元件之间有差异。

（a）（b）

图11.17电位器的SCH元件和PCB元件

从上述三个元件可以看出，有些元件在Protel99SE中的SCH元件与PCB元件仍然存在引脚编号不一致的问题，这样在利用网络表装入元件的时候，会引起错误。

对于这个问题，大家一定要特别注意。

解决问题的方法有两种：

1对SCH元件或PCB元件的引脚编号在相应的元件库编辑器中进行修改，使之保持一致。

2在电路原理图生成网络表之后，在网络表文件中进行修改，使之保持一致。

另外，在绘制原理图时，应该确定每个元件的封装，以方便绘制电路板图。

如果某个元件没有对应的封装，应当建立该元件的封装，否则在装入网络表时同样无法装入该元件而引发错误。

建立元件封装的操作请见第13章的内容。

11.3.2装载PCB元件库

在电路板上放置元件，是系统根据原理图的网络表，自动地从PCB元件库中找到元件并自动地放置到电路板的电气边界之内的。

所以，在装入网络表之前，必须加载正确的PCB元件库，否则在装入网络表时会给出错误提示，不能找到元件。

这里，我们加载系统下的\Library\Pcb\GenericFootprint\Advpcb.ddb元件封装库。

具体的加载与浏览PCB元件库的操作详见10.2.2节，这里不再赘述。

11．4装入网络表和元件

网络表是连接原理图和电路板图的桥梁。

在PCB编辑器中加载PCB元件库后，就可以执行装入网络表的操作。

装入网络表，实际上就是将原理图中元件对应的封装和各个元件之间的连接关系装入到PCB设计系统中，用来实现电路板中元件的自动放置、自动布局和自动布线。

系统提供两种网络表的装入方法。

一种是直接装入网络表文件，另一种是利用Synchronizer（同步器）。

11.4.1直接装入网络表文件

操作步骤如下：

①在PCB编辑器中，执行菜单命令Design|LoadNets，将弹出如图11.18所示的Load/ForwardAnnotateNetlist对话框。

在NetlistFile文本框下有两个复选框，如选取DeleteComponentsnotinnetlist项，则系统将会在加载网络表之后，与当前电路板中存在的元件作比较，将网络表中没有的元件而在当前电路板中存在的元件删除掉；如选取Updatefootprint项，则会自动用网络表内存在的元件封装替换当前电路板上的相同元件的封装。

这两个选项，适合于原理图修改后的网络表的重新装入。

图11.18装入网络表对话框

②在NetlistFile文本框中输入加载的网络表文件名。

如果不知道网络表文件的位置，单击Browse按钮，将弹出如图11.19所示的选择网络表文件对话框。

在该对话框，利用右上方的Add按钮，找到网络表所在的设计数据库文件路径和名称。

在正确选取sch.NET文件后，单击OK按钮，系统开始自动生成网络宏（NetlistMacros），并将其在装入网络表的对话框中列出，如图11.20所示。

图11.19选择网络表文件对话框图11.20生成的无错误的网络表宏信息

③如果想查看网络表所生成的宏，可以双击图11.20中列表中的对象，在弹出的如图11.21所示的网络宏属性对话框中，可以进行宏的添加、移除和修改。

图11.21网络表宏属性对话框

④如果在生成网络宏时出错，列表框中Error列会显示出现的错误信息，如图11.22所示。

常见的错误是在原理图中没有设定元件的封装，或者封装不匹配，此时应该返回到原理图编辑器中，修改错误，并重新生成网络表，然后再切换到PCB文件中进行操作。

常见的宏错误信息如下：

●Netnotfound：

找不到对应的网络。

●Componentnotfound：

找不到对应的元件。

●Newfootprintnotmatchingoldfootprint：

新的元件封装与旧的元件封装不匹配。

●FootprintnotfoundinLibrary：

在PCB元件库中找不到对应元件的封装。

●WarningAlternativefootprintxxxusedinsteadof：

警告信息，用xxx封装替换。

⑤最后，单击图11.20中底部的Execute按钮，完成网络表和元件的装入。

效果如图11.23所示，装入的元件重叠在电路板的电气边界内，元件与连线都用绿色表示。

图11.22有错误的网络表宏信息

图11.23装入网络表和元件后的PCB图

练一练：

在PCB编辑器中，练习装载网络表文件S，如有错误，请返回原理图编辑器中去修改。

11.4.2利用同步器装入网络表和元件

Protel99SE提供了功能强大的同步器（Synchronizer），它能很方便快捷地把原理图的网络表装入PCB编辑器中，且当原理图进行修改后（如修改某元件的封装或连线关系等），使用同步器，会自动更新该原理图所对应的PCB文件的信息。

反之，如果改变了PCB文件中的信息，使用同步器，也会自动更新该PCB文件对应的原理图中的信息。

利用同步器，由Schematic更新PCB，装入网络表的步骤如下：

①新建一个PCB文件Scb2.pcb，并按原尺寸绘制物理边界和电气边界。

②打开原理图文件，执行菜单命令Design|UpdataPCB（更新PCB），弹出如图11.24所示的同步器选择目标文件对话框。

在所列出的的PCB文件中，选取Scb2.pcb，单击Apply按钮。

图11.24同步器选择目标文件对话框

③系统弹出如图11.25所示的同步器参数设置对话框。

主要参数的含义如下：

图11.25同步器参数设置对话框

●Connectivity栏：

用于设置原理图与PCB图之间的连接类型。

●Components栏：

用于设置对原理图中的元件进行哪些修改。

●PreviewChange按钮：

用于查看原理图中进行了哪些修改。

单击该按钮，弹出网络宏的列表框，与图11.20类似。

如果出现宏错误，同样也要对原理图进行修改。

④单击Execute按钮，装入网络表及元件。

打开scb2.pcb文件，效果与第一种方法一样。

同理，在PCB编辑器下，对电路板图进行了修改，然后执行菜单命令Design|UpdateSchematic，再打开对应的原理图文件，你会发现与该电路板图对应的原理图已经进行了更新。

练一练：

1．利用同步器，来装载网络表文件Scb.Net，观察其效果与第一种方法是否一样。

2．在装入网络表后，修改原理图中某个元件的封装，利用同步器更新PCB图。

然后打开PCB图，查看是否更新到位。

反之，在PCB图中修改某个元件的封装，然后利用同步器更新原理图，打开原理图文件，查看是否有变化。

11．5元件的自动布局

把元件装入电路板之后，你会发现所有的元件重叠在一起。

注意，这时并没有对元件进行布局，下面就要进行自动布局。

在布局过程中，必须考虑导线的布通率、散热、电磁干扰、信号完整性等问题。

布局的好坏，会直接影响电路板的布线效果及相应电子设备的工作性能。

所以，合理的布局是PCB设计成功的第一步。

11.5.1设置自动布局的有关参数

在进行元件的布局之前，先对一些与元件布局有关的参数作一下调整。

1.元件布局的栅格

执行菜单命令Design|Options，在弹出的DocumentOptions对话框（见第九章图9.16）Options选项卡中，分别对捕获栅格在X和Y方向的间距进行设置。

捕获栅格间距的大小与电路板上元件的排列的疏密程度有关，栅格间距越小，元件排列越密集。

捕获栅格的间距在PCB设计过程中应该是固定的，不要经常改动。

另外，捕获栅格的尺寸也非越小越好，以够用为度。

这里，我们采用默认值20mil。

2.SnaptoCenter参数

执行菜单命令Tools|Preferences，在弹出的Preferences对话框（见第九章图9.17）中的Options选项卡，使SnaptoCenter选项有效，其作用是当按下鼠标左键选取某个元件时，光标跳到元件的1脚；当用鼠标左键选取某段线拖动时，光标跳到线段的端点。

当该选项无效时，则在选取对象时，光标定位于选取对象时，光标所指向的对象的位置。

这里，我们选取该项。

3.字符串临界值参数

执行菜单命令Tools|Preferences，在弹出的Preferences对话框中，单击Display选项卡（见图9.18），在Draftthresholds选项区域的String文本框中输入构成字符串像素的临界值。

该项的作用是当将电路板图缩小至一定比例时，字符串将变为空心矩形框，具体内容将不可见。

将此临界值设置为较小数值时，字符串内容将仍可见。

这里。

我们设置String值为4pixels。

11.5.2设置布局设计规则

在PCB编辑器下，执行菜单命令Design|Ruler，将弹出如图11.26所示的DesignRuler（设计规则）对话框。

单击Placement选项卡，可对元件布局设计规则进行设置，它只适合于ClusterPlacer自动布局方式。

图11.26DesignRuler对话框中的Placement选项卡

图中的RulerClasses（规则分类）栏中包含电路板中有关元件布局方面的一些规则，右方区域和下方区域分别是RulerClasses栏处于选取状态设计规则的说明信息和包含的具体内容。

下面我们介绍RulerClasses栏中列出的五类规则的具体含义。

1.ComponentClearanceConstraint（元件间距临界值）规则

用于设置元件之间的最小间距，如图11.26所示。

在默认状态下，设计规则列表中已经存在一条设计规则，单击右下角的Properties（属性）按钮，弹出如图11.27所示的ComponentClearance设置对话框。

在Gap（间隙）文本框输入元件间距设定值，默认值为10mil。

在CheckMode（检测模式）的下拉框中选择检测模式，包括三种检测模式，具体功能如下：

●QuickCheck（快速检测）：

以元件的封装外形框为检查目标。

●MultiLayerCheck（多层检测）：

除包含QuickCheck的项目外，当电路板为双面放置元