第8单元自动布线教育研究

1、第8单元 pcb布线及设计规则检查 考试大纲：考试大纲：2020分分1. 1. 布线设计：按照要求设置线宽、板层数、过孔大小、布线设计：按照要求设置线宽、板层数、过孔大小、焊盘大小、利用焊盘大小、利用protelprotel的自动布线及手动布线功能进的自动布线及手动布线功能进行布线。行布线。2. 2. 板的整理及设计规则检查：布线完毕，对地线及重要板的整理及设计规则检查：布线完毕，对地线及重要的信号线进行适当调整，并进行设计规则检查。的信号线进行适当调整，并进行设计规则检查。本节内容：本节内容： 8.1 根据原理图创建网络表根据原理图创建网络表 8.2 电路板的规划电路板的规划 8.3 pcb

2、元件库元件库 8.4 装入网络表和元件装入网络表和元件 8.5 元件的自动布局元件的自动布局 8.6 自动布线自动布线 8.7 pcb的的3d预览功能预览功能8.1 根据原理图根据原理图创建网络表创建网络表 在原理图编辑器下，在原理图编辑器下，选择菜单命令选择菜单命令design|create design|create netlistnetlist，以生成网络，以生成网络表文件。表文件。8.2 电路板的规划电路板的规划 8.2.1 8.2.1 确定电路板的工作层确定电路板的工作层 以采用双层板为例。采用双层板，一般应具有如下的工作层：以采用双层板为例。采用双层板，一般应具有如下的工作层： 顶

3、层（顶层（toplayertoplayer）：放置元件并布线。）：放置元件并布线。 底层（底层（bottomlayerbottomlayer）：布线并进行焊接。）：布线并进行焊接。 顶层丝印层（顶层丝印层（topoverlaytopoverlay）：放置元件的轮廓、标注及一些说）：放置元件的轮廓、标注及一些说明文字。明文字。 多层（多层（multilayermultilayer）：用于显示焊盘和过孔。）：用于显示焊盘和过孔。 机械层（机械层（mechanicalmechanical）用于确定电路板的物理边界）用于确定电路板的物理边界, ,也就是电也就是电路板的边框。路板的边框。 禁止布线层（禁

4、止布线层（keepoutlayerkeepoutlayer）：用于确定电路板的电气边界。）：用于确定电路板的电气边界。.2 在机械层确定电路板的物理边界在机械层确定电路板的物理边界1.1.创建机械层创建机械层 执行菜单命令执行菜单命令design|mechanical layers,design|mechanical layers,选中选中visible（可见）、（可见）、display in single layer mode（在单层显示时在各层显示（在单层显示时在各层显示) 。 2.2.确定电路板的物理边界确定电路板的物理边界 在机械层绘制电路板的物理边界。电路板的物理尺寸

5、为长在机械层绘制电路板的物理边界。电路板的物理尺寸为长1500mil1500mil，宽，宽1000mil1000mil。 单击主工具栏上的单击主工具栏上的 按钮。设置锁定栅格。按钮。设置锁定栅格。 把当前层切换为把当前层切换为mechanical1mechanical1。 单击放置工具栏的单击放置工具栏的 放置坐标原点按钮，设置当前坐标原放置坐标原点按钮，设置当前坐标原点。点。 绘制电路板物理边框。绘制电路板物理边框。 8.2.3 8.2.3 在禁止布线层确定电路板的电气边界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电路板的电气边界，是指在电路板上

6、设置的元件布局和布线的范围。范围。 电气边界一般定义在禁止布线层上。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，板的电气边界要小于物理边界，如电气边界距离物理边界如电气边界距离物理边界50mil50mil。 把当前层切换为把当前层切换为keep out layerkeep out layer。 按以上要求

7、，绘制电气边界。按以上要求，绘制电气边界。 .4使用向导生成电路板使用向导生成电路板 执行执行file|newfile|new命令，在弹出的对话框中选择命令，在弹出的对话框中选择wizardswizards选项卡选项卡 选择选择print circuit board wizardprint circuit board wizard（印刷电路板向导）图标，（印刷电路板向导）图标，单击单击okok按钮，将弹出下图所示的对话框按钮，将弹出下图所示的对话框 单击单击nextnext按钮，将弹出下图所示的选择预定义标准板对话框。按钮，将弹出下图所示的选择预定义标准板对话框。在列表框中可以

8、选择系统已经预先定义好的板卡的类型。如选在列表框中可以选择系统已经预先定义好的板卡的类型。如选择择custom made boardcustom made board，则设计作者自行定义电路板的尺寸等参，则设计作者自行定义电路板的尺寸等参数。数。 选择选择custom made boardcustom made board项，单击项，单击nextnext按钮，系统弹出设定按钮，系统弹出设定电路板相关参数的对话框，如下图所示电路板相关参数的对话框，如下图所示 设置完毕，系统将弹出几个有关电路板尺寸参数设置的对话框设置完毕，系统将弹出几个有关电路板尺寸参数设置的对话框 电路板的宽度电路板的宽度电路

9、板的高度电路板的高度电路板的形状为矩形电路板的形状为矩形电路板的形状为圆形电路板的形状为圆形自定义电路板形状自定义电路板形状电气边界所在层电气边界所在层物理边界和尺寸标注所在层物理边界和尺寸标注所在层电路板边界走线宽度电路板边界走线宽度尺寸标注宽度尺寸标注宽度物理边界与电气边界的距离物理边界与电气边界的距离是否显示标题栏是否显示标题栏是否显示刻度尺是否显示刻度尺是否显示图例字符是否显示图例字符是否显示尺寸标注是否显示尺寸标注是否在电路板四个角开口是否在电路板四个角开口是否在电路板内部开口是否在电路板内部开口设置电路板的边框尺寸：设置电路板的边框尺寸：设置电路板四个角的开口尺寸：设置电路板四个角

10、的开口尺寸：如果在前面如果在前面inner cutoffinner cutoff项被选中，系统将弹出下图所示对话框项被选中，系统将弹出下图所示对话框 如果在前面如果在前面title blocktitle block项被选中，系统将弹出下图所示的对话框项被选中，系统将弹出下图所示的对话框设置电路板内部开口尺寸：设置电路板内部开口尺寸： 单击单击nextnext按钮，将弹出下图所示对话框，设置信号层按钮，将弹出下图所示对话框，设置信号层的数量和类型，以及电源的数量和类型，以及电源/ /接地层的数目。接地层的数目。 设计名称设计名称公司名称公司名称电路板编号电路板编号 第一设计者第一设计者 联系电话

11、联系电话 第二设计者第二设计者联系电话联系电话注意注意：该电路板向导不支持单层板该电路板向导不支持单层板。 两个信号层，过孔电镀两个信号层，过孔电镀 两个信号层，过孔不电镀两个信号层，过孔不电镀四层板四层板 六层板六层板八层板八层板选取内部电源选取内部电源/ /接地层的数目接地层的数目 单击单击nextnext按钮，将弹出如图所示的对话框，可设置过孔的类型按钮，将弹出如图所示的对话框，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（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。式过孔。 穿透式过孔穿透式过孔 盲过孔和隐藏过孔盲过孔和隐藏过孔 单击单

12、击nextnext按钮，将弹出下图所示对话框，可设置将要使用的按钮，将弹出下图所示对话框，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。布线技术；针脚式元件和表面粘贴式元件哪一个较多。 表面粘贴式元件表面粘贴式元件 针脚式元件针脚式元件 若选择表面粘贴式元件，元若选择表面粘贴式元件，元件是否在电路板的两面放置件是否在电路板的两面放置 如选择针脚式元件，则要设置在两个焊盘之间穿过导线的数目如选择针脚式元件，则要设置在两个焊盘之间穿过导线的数目 单击单击nextnext按钮，将弹出下图所示的对话框，设置最小的导线宽度、按钮，将弹出下图所示的对话框，设置最小的导线宽度、最小的过孔尺

13、寸和相邻走线的最小间距。最小的过孔尺寸和相邻走线的最小间距。 最小导线尺寸最小导线尺寸 最小过孔外径直径最小过孔外径直径 最小过孔内径直径最小过孔内径直径相邻走线的最小间距相邻走线的最小间距 单击单击nextnext按钮，弹出是否作为模板保存的对话框按钮，弹出是否作为模板保存的对话框 如果选择此项，则系统会提示输入模板名称和模板的文字描述。如果选择此项，则系统会提示输入模板名称和模板的文字描述。 最后，单击最后，单击finishfinish按钮结束生成电路板的过程按钮结束生成电路板的过程 。利用向导生成的利用向导生成的pcb pcb 刻度尺刻度尺内部开口内部开口四角开口四角开口电路板的物理边电

14、路板的物理边界和电气边界界和电气边界图例字符图例字符标注尺寸标注尺寸标题栏标题栏8.3 pcb元件库元件库 8.3.1 pcb8.3.1 pcb元件库与元件库与schsch元件库的区别元件库的区别 1.1.概念上的区别概念上的区别 sch 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，可以称之为用，可以称之为schsch元件；元件； pcbpcb元件库中的元件是实际元件的封装，在电路板图中采用，可元件库中的元件是实际元件的封装，在电路板图中采用，可以称之为以称之为pcbpcb元件。元件。2.2.元件引脚编号的区别元件引脚编号的

15、区别 有的有的schsch元件与对应的元件与对应的pcbpcb元件在元件引脚编号的定义上是有所区元件在元件引脚编号的定义上是有所区别的。别的。 二极管元件：其二极管元件：其schsch元件与元件与pcbpcb元件的引脚编号不同元件的引脚编号不同 三极管元件：以三极管元件：以npnnpn型三极管为例型三极管为例 e eb bc ce eb bc c 电位器元件电位器元件: : 这些元件引脚编号不一致的问题，这些元件引脚编号不一致的问题，在自动布局和自动布线时会产生错误，在自动布局和自动布线时会产生错误，解决问题的方法：解决问题的方法：对对schsch元件或元件或pcbpcb元件的引脚编号在元件的

16、引脚编号在相应的元件库编辑器中进行修改，使相应的元件库编辑器中进行修改，使之保持一致。之保持一致。在电路原理图生成网络表之后，在在电路原理图生成网络表之后，在网络表文件中进行修改，使之保持一网络表文件中进行修改，使之保持一致。致。 8.3.2 8.3.2 装载装载pcbpcb元件库元件库 1 12 28.4 装入网络表和元件装入网络表和元件8.4.1 8.4.1 直接装入网络表文件直接装入网络表文件 在在pcbpcb编辑器中，执行编辑器中，执行菜单命令菜单命令design|load design|load netsnets，将弹出如图所示的，将弹出如图所示的load/forward annot

17、ate load/forward annotate netlistnetlist对话框。对话框。 delete components not delete components not in netlistin netlist项：系统将会项：系统将会在加载网络表之后，与当在加载网络表之后，与当前电路板中存在的元件作前电路板中存在的元件作比较，将网络表中没有的比较，将网络表中没有的元件而在当前电路板中存元件而在当前电路板中存在的元件删除。在的元件删除。 update footprintupdate footprint项：项： 系统会自动用网络表内存在系统会自动用网络表内存在的元件封装替换当前电路

18、板上的元件封装替换当前电路板上的相同元件的封装。的相同元件的封装。 这两个选项，适合于原理图这两个选项，适合于原理图修改后的网络表的重新装入。修改后的网络表的重新装入。 单击单击browsebrowse按钮，将弹出如按钮，将弹出如图所示的选择网络表文件对话图所示的选择网络表文件对话框。框。 选取选取.net.net文件后，单击文件后，单击okok按钮。按钮。系统开始自动生成网络宏系统开始自动生成网络宏（netlist macrosnetlist macros），并将其），并将其在装入网络表的对话框中列出。在装入网络表的对话框中列出。 单击单击装入网络表和元件后的装入网络表和元件后的pcbpcb

19、图图8.5 8.5 自动布局自动布局1 1、执行菜单命令执行菜单命令tools|auto placement|auto placertools|auto placement|auto placer。系统弹。系统弹出自动布局对话框。出自动布局对话框。cluster placer：群集式布局方式。：群集式布局方式。 根据元件的连通性将元件分组，然后使其按照一定的几何位置根据元件的连通性将元件分组，然后使其按照一定的几何位置布局。这种布局方式适合于元件数量较少（小于布局。这种布局方式适合于元件数量较少（小于100100）的电路板设）的电路板设计。计。 quick component placemen

20、t：选取它，布局速度较快，但不能选取它，布局速度较快，但不能得到最佳布局效果。得到最佳布局效果。statistical placer：统计式布局方式。：统计式布局方式。 使用统计算法，遵循连线最短原则来布局元件，无需另外设置使用统计算法，遵循连线最短原则来布局元件，无需另外设置布局规则。这种布局方式最适合元件数目超过布局规则。这种布局方式最适合元件数目超过100100的电路板设计。的电路板设计。 选择这种布局方式，将弹出如图所示的对话框。选择这种布局方式，将弹出如图所示的对话框。 group components group components复选框：将当前网络中连接密切的元件合为复选框：将

21、当前网络中连接密切的元件合为一组，布局时作为一个整体来考虑。建议如果电路板上没有足够的一组，布局时作为一个整体来考虑。建议如果电路板上没有足够的面积，就不要选取该项。面积，就不要选取该项。 rotate components rotate components复选框：根据布局的需要将元件旋转。复选框：根据布局的需要将元件旋转。 power netspower nets文本框：在该文本框输入的网络名将不被列入布局文本框：在该文本框输入的网络名将不被列入布局策略的考虑范围，这样可以缩短自动布局的时间，电源网络就属策略的考虑范围，这样可以缩短自动布局的时间，电源网络就属于此种网络。在此输入电源网络名

22、称。于此种网络。在此输入电源网络名称。 ground netsground nets文本框：其含义同文本框：其含义同power netspower nets文本框。在此输入接文本框。在此输入接地网络名称。地网络名称。 grid sizegrid size：设置自动布局时的栅格间距。默认为：设置自动布局时的栅格间距。默认为20mil20mil。注意：注意：采用统计式布局方式，它不是直接在采用统计式布局方式，它不是直接在pcbpcb文件上运文件上运行，而是打开一个临时布局窗口（生成一个行，而是打开一个临时布局窗口（生成一个place1.plcplace1.plc的文件）。当出现一个标有的文件）。当

23、出现一个标有auto-place is finishedauto-place is finished的的信息框时，单击信息框时，单击okok按钮按钮 。 群集式布局后的结果群集式布局后的结果2 2、 手工调整元件布局手工调整元件布局 自动布局后，原来在网络表装入时重叠的元件已经排列开来，自动布局后，原来在网络表装入时重叠的元件已经排列开来，但它们在电路板上的布局并非十分合理，元件的标注字符显得杂但它们在电路板上的布局并非十分合理，元件的标注字符显得杂乱不美观，所以要采用手工方法对布局进一步调整。乱不美观，所以要采用手工方法对布局进一步调整。 手工调整布局包括对元件和元件标注字符的调整。手工调整

24、布局包括对元件和元件标注字符的调整。 8.6自动布线自动布线 8.6.1 设置自动布线规则设置自动布线规则 执行菜单命令执行菜单命令design|rules，在弹出的，在弹出的design rules对话框中，选对话框中，选择择routing选项卡选项卡 ： 单击单击properties按钮，可对选中的规则进行编辑按钮，可对选中的规则进行编辑1. clearance constraint：设置安全间距设置安全间距 用于设置同一个工作层上的导线、焊盘、过孔等电气对象之间用于设置同一个工作层上的导线、焊盘、过孔等电气对象之间的最小间距。的最小间距。 规则适规则适用范围用范围最小间距最小间距适用网络

25、适用网络2. routing corners ：设置布线的拐角模式设置布线的拐角模式 用于设置布线时拐角的形状及拐角走线垂直距离的最小和最大值。用于设置布线时拐角的形状及拐角走线垂直距离的最小和最大值。 3. routing layers ：设置布线工作层设置布线工作层 用于设置布线的工作层及在该层上的布线方向。用于设置布线的工作层及在该层上的布线方向。 在右侧的列表框中列出了在右侧的列表框中列出了3232个信号层。因为本例中已经设置了个信号层。因为本例中已经设置了顶层和底层两个工作层为布线层，所以在图中只有顶层和底层有顶层和底层两个工作层为布线层，所以在图中只有顶层和底层有效，其它层为灰色无

26、效。效，其它层为灰色无效。 各个层右边的下拉框中列出了布线方向。各个层右边的下拉框中列出了布线方向。 单面板：单面板： 顶层顶层top layertop layer：not usednot used 底层底层bottom layerbottom layer：anyany 双层板：双层板： 顶层顶层top layertop layer与底层与底层bottom layerbottom layer的走线应相互垂直，即分的走线应相互垂直，即分别选择别选择horizontalhorizontal（水平方向）和（水平方向）和verticalvertical（垂直方向）。（垂直方向）。 4.routing

27、priority4.routing priority：设置布线优先级：设置布线优先级5. routing topology5. routing topology：设置布线的拓扑结构：设置布线的拓扑结构 系统默认拓扑结构为系统默认拓扑结构为shortestshortest，最短连线拓扑结构。，最短连线拓扑结构。6. routing via style：设置过孔类型：设置过孔类型最小值最小值 最大值最大值 首选值首选值7. width constraint ：设置布线宽度：设置布线宽度最小值最小值最大值最大值首选值首选值8.6.2 运行自动布线运行自动布线 单击主菜单中单击主菜单中auto route ，在弹出的子菜单中选择有关命令。，在弹出的子菜单中选择有关命令。1. 全局布线（全局布线（all） 执行命令后，系统弹出如下图所示的执行命令后，系统弹出如下图所示的自动布线设置对话框。自动布线设置对话框。 单击单击route all按钮，系统开始对电路板进行自动布线。布线结按钮，系统开始对电路板