protel详细布线规则讲课教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。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

2、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（TopLa

3、yer）：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。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

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

5、anical4。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。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

6、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：把当前层切换为KeepOutLayer。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

7、制好的电路板的电气边界如图11.3所示。物理边界电气边界图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：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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、-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

13、置过孔类型单击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单击Next按钮，将弹出如图11.12所示的对话框，

14、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，

15、该电路板已经规划完完毕。标注尺寸标题栏刻度尺图例字符电路板边界图11.14利用向导生成的PCB练一练：利用电路板生成向导，新建一块2000mil1600mil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。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。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

16、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

17、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。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。(b)图11.15二极管的SCH元件与PCB元件三极管元件：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。电位器元件

18、：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：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。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

19、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LibraryPcbGenericFootprintAdvpcb.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。114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PC

20、B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：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DeleteComponentsnotinne

21、tlist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

22、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：N

23、etnotfound：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。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

24、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：新建一个PCB文件Scb2.pcb，并按原

25、尺寸绘制物理边界和电气边界。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

26、类似。如果出现宏错误，同样也要对原理图进行修改。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

27、变化。115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

28、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

29、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P

30、lacement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

31、，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件时，把针脚式元件的焊盘也列入检查目标中。另外，该模式还接受针脚式元件与表面粘贴式元件的混合式设计。FullCheck（完全检测）：当电路板中有很多圆形或不规则形状的

32、元件时使用。图11.27ComponentClearance设置对话框2.ComponentOrientationsRuler（元件放置角度）规则用于设置布置元件时的放置角度。在图11.26中的规则类别框中选取ComponentOrientationsRuler项，单击右下角的Add按钮，弹出如图11.28所示的元件放置方向对话框，可选的方向包括、和任意角度。图11.28元件放置方向对话框3.NettoIgnore（网络忽略）规则用于设置在利用ClusterPlacer方式进行自动布局时，应该忽略哪些网络走线造成的影响，这样可以提高自动布局的速度与质量。在图11.26中的规则类别框中选取Net

33、toIgnore项，单击Add按钮，弹出如图11.29所示的NettoIgnore对话框，从Filterkind下拉列表框中选择Net选项，在Net下拉框中选择忽略的网络。一般将接地和电源网络忽略掉。图11.29NettoIgnore对话框4.PermittedLayerRuler（允许元件放置层）规则用于设置允许元件放置的电路板层。在图11.26中的规则类别框中选取PermittedLayerRuler项，单击Add按钮，弹出如图11.30所示的PermittedLayerRuler对话框。在左边的Filterkind下拉列表框选择用于该规则的适用范围，右边栏中的TopLayer和Botto

34、mLayer复选框用于设置是否允许在顶层和底层放置元件。这里，我们设置所有的元件都放在顶层。图11.30PermittedLayerRuler对话框5.RoomDefinition（定义房间）规则用于设置定义房间的规则。在图11.26中的规则类别框中选取RoomDefinition项，单击Add按钮，弹出如图11.31所示的RoomDefinition对话框。在RulerAttribute选项区设置房间的范围，在x1，y1文本框中指定房间的顶点坐标，在x2，y2文本框中指定房间的顶点对角点的坐标。在下边的第一个下拉列表框设置适用的层，默认为顶层。第二个下拉框中有两个选项，KeepObjects

35、Inside（将对象限制在房间的内部）和KeepObjectsOutside（将对象限制在房间的外部）。有关房间的概念和操作详见10.1.13节。图11.31RoomDefinition对话框11.5.3手工定位元件手工布局是设计者按照自己的意图去布局，对于比较复杂的电路，手工布局不一定合理，且效率较低。而自动布局是系统按照一定的算法去布局，虽然有一定的合理性，但总不能完全体现设计者的布局意图。如何把二者结合起来呢？那就是在自动布局之前，先把一些元件的位置固定下来，在自动布局时，不再对这些元件进行布局，这就是手工定位元件，也称元件的预布局。具体的操作步骤如下：在装入网络表后，元件也随之放置到预

36、先绘制好的电气边界中，从图11.23中可以看出，元件重叠在一起的，很难分别出哪一个具体元件。执行菜单命令Edit|Move|Component，光标变成十字形，移动光标到到重叠的元件上，单击鼠标左键，或将光标移到元件上，直接按住鼠标左键，系统均弹出一个列有元件的菜单，如图11.32所示。图11.32列有元件的菜单图11.33锁定元件在菜单中选择需要定位的元件，该元件变成高亮，移动光标，元件也随之移动。单击鼠标左键，该元件被定位。此时继续移动其它元件。或单击鼠标右键，结束命令状态。用鼠标左键双击需定位的元件，在弹出的元件属性对话框中，选取Locked复选框，使该元件被锁定，不参与自动布局，如图1

37、1.33所示。去掉选择Locked选项，该元件仍可参与自动布局。图11.34是将U12和U9两个元件定位之后的自动布局的效果，对比一下后面的自动布局效果，看看有何不同。练一练：在装入网络表之后，练习将U12和U9两个集成电路在电路板上定位的操作。图11.34定位元件后的自动布局效果11.5.4自动布局自动布局的参数和规则设置完毕，就可以进入自动布局操作了，步骤如下：在自动布局之前，执行菜单命令Edit|Origin|Reset，恢复原点为绝对原点。执行菜单命令Tools|AutoPlacement|AutoPlacer。执行命令后，系统弹出如图11.35所示的自动布局对话框。对话框中显示了两种

38、自动布局方式，每种方式所使用的计算和优化元件位置的方法不同，介绍如下：图11.35自动布局对话框ClusterPlacer：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布局。在11.5.2节介绍的自动布局的规则就是为该方式设置的。这种布局方式适合于元件数量较少（小于100）的电路板设计。其设置对话框如图11.35所示，在下方有一个QuickComponentPlacement复选框，选取它，布局速度较快，但不能得到最佳布局效果。StatisticalPlacer：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，无需另外设置布局规则。这种布局方式最适合元件数目

39、超过100的电路板设计。如选择此布局方式，将弹出如图11.36所示的对话框，各选项的含义介绍如下：GroupComponents复选框：将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面积，就不要选取该项RotateComponents复选框：根据布局的需要将元件旋转。PowerNets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，电源网络就属于此种网络。在此输入电源网络名称。GroundNets文本框：其含义同PowerNets文本框。在此输入接地网络名称。GridSize：设置自动布局时的栅格间距。默认为20

40、mil。图11.36全局元件布局器注意，采用统计式布局方式，它不是直接在PCB文件上运行，而是打开一个如图11.37所示的临时布局窗口（生成一个Place1.Plc的文件）。当出现一个标有Auto-PlaceisFinished的信息框时，单击OK按钮，将出现如图11.38所示的DesignExplorer对话框，提示是否将自动布局的结果更新到PCB文件中。单击Yes按钮，更新后系统返回到PCB文件窗口。图11.37统计式布局的临时布局窗口图11.38DesignExplorer对话框对于本章的例子，因为元件较少，故选择群集式元件布局方式。自动布局后的效果如图11.39所示。图11.39自动布

41、局后的效果图特别注意，在自动布局之前，必须先确定电路板的电气边界，且将当前坐标原点恢复为绝对原点。练一练：练习采用群集式布局方式，对元件进行布局。练习采用统计式布局方式，对元件进行布局，并比较两种布局方式的过程与布局效果有何不同？11.5.5网络密度分析元件的布局是否合理，决定了自动布线是否能够成功，对于复杂电路的PCB设计，尤为重要。网络密度就是布局时元件排列的疏密度。我们可以采用对电路板的网络密度进行分析，看一看电路板的布局是否合理。对布局后的电路板图，执行菜单命令Tools|DensityMap（密度图），系统将对电路板的网络密度进行分析。图11.40是对系统中给出的例子PCBBench

42、mark94Board.pcb进行网络密度分析的结果。按下END键，可清除密度分析图。图11.40网络密度分析图图中颜色深浅的差异，代表了PCB图上网络密度的差异，绿色代表低密度，黄色代表中密度，红色代表高密度。在正常情况下，网络密度的差异不应太大，否则，会认为元件的布局不合理。对于红色区域，元件密度过大，导致元件的发热较集中，会降低元件的使用寿命和电路板的稳定性，设计者应认真分析考虑。但网络密度分析的结果仅作为布局的参考依据，具体情况应具体分析。练一练：对Protel99SE系统中给出的例子PCBBenchmark94Board.pcb进行网络密度分析，并根据图中的颜色来分析元件布局的疏密度

43、。11.5.6手工调整元件布局在图11.39中，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乱不美观，所以我们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。对元件的调整主要是对元件进行选取、移动、旋转和排列等操作，而对元件标注字符的调整是对标注字符进行移动、旋转等操作，具体操作详见10.2.3节的内容。下面，重点讲解对元件的剪切、复制、粘贴和删除操作。1.一般粘贴操作（1）剪切操作先选取元件，然后执行菜单命令Edit|Cut，或单击主工具栏的按钮，则将选取的元件直接移入到剪贴板中，同时电路图上所选元件也被删除。

44、（2）复制操作先选取元件，然后执行菜单命令Edit|Copy，则将选取的元件复制一份，放入剪贴板中。（3）粘贴操作执行菜单命令Edit|Paste，或单击主工具栏的按钮，则将剪贴板中的内容作为副本复制到电路板图中。2特殊粘贴操作特殊粘贴操作可以将剪贴板的内容按照设定好的方式放置到电路板中。我们可以利用这种功能来自动地放置具有重复性的元件，如多个电阻。（1）特殊粘贴的操作步骤利用剪切或复制功能将需粘贴的对象放置到剪贴板中。执行菜单命令Edit|PasterSpecial，启动特殊粘贴，系统将弹出如图11.41所示的对话框。图11.41特殊粘贴对话框设置粘贴属性。图11.41中所列粘贴方式有：Pa

45、steroncurrent：将对象粘贴在当前的工作层。Keepnetname：将保持对象所属的网络名称。Duplicatedesignator：粘贴的对象与原来的对象具有相同的标号。Addtocomponentclass：粘贴的对象与原来的对象属于相同的元件组。当设置了粘贴属性后，就可以单击Paster按钮，执行一般的粘贴操作，直接将对象粘贴到目标位置。如果单击PasterArray按钮，执行阵列式粘贴操作，系统将弹出如图11.42所示的阵列式粘贴设置对话框。阵列式粘贴的功能与PlacementTools工具栏的按钮的功能相同。对话框中的各个选项的功能如下：图11.42阵列式粘贴对话框Plac

46、ementVaraibles选项区域：其中ItemCount框用于设置重复粘贴的次数；TextIncrement框用于设置所要粘贴的元件标号的增量值。例如，将两个值分别设为设为3和1，复制的元件为电阻R1，然后执行阵列式粘贴，结果在电路板上出现三个电阻，标号分别为R2、R3、R4。ArrayType选项区域：用来设置阵列粘贴类型。Circular选项为圆形放置；Linear选项为线形放置。CircularArray选项区域：在选取了Circular项时有效，用于设置圆形放置时各对象间隔的角度。其中选取RotateItemtoMatch复选框时，表示要适当旋转对象；Spacing（degrees

47、）框用来设置对象间隔的角度。LinearArray选项区域：在选取了Linear项时有效，用于设置线形放置对象时个对象的间隔。其中X-Spacing框用来设置X方向的的间隔（正数从左到右放置，负数从右到左放置）；Y-Spacing框用来设置Y方向的间隔（正数从下向上放置，负数从上向下放置）。（2）举例以重复放置电阻为例，如何实现这两种方式的阵列式粘贴。先放置一个电阻R1，选取它并复制。然后执行菜单命令Edit|PasteSpecial，在弹出的对话框中，单击PasteArray按钮，设置ItemCount的值为3，TextIncrement值为1。采用Linear方式粘贴：X-Spacing值

48、为500mil，Y-Spacing值为100mil，单击OK按钮，光标变成十字，在图纸上选择一点作为插入点，单击鼠标左键后，在图纸上生成3个新的电阻，且电阻标号递增，按设定间隔放置，效果如图11.43所示。采用Circular方式粘贴：Spacing（degrees）值设定为，粘贴后的效果如图11.44所示。图11.43Linear方式粘贴的效果图11.44Circular方式粘贴的效果练一练：按照上面举例，练习线形和圆形方式的阵列式粘贴操作。3.删除操作使用Clear命令删除使用Clear命令删除某个对象的操作步骤如下：删除之前，先选取要删除的对象，如导线、元件、焊盘、字符串和过孔等。执行菜

49、单命令Edit|Clear，被选取的对象立即被删除。使用Delete命令删除与Clear命令不同的地方，在执行Delete命令之前不需要选取对象。操作步骤如下：首先执行菜单命令Edit|Delete。光标变成十字形，将光标移到所要删除的对象上，单击鼠标左键即可。几种删除导线的方法第一种方法删除一个导线段：执行菜单命令Edit|Delete，光标变成十字形，移到要删除的导线上，如果导线在当前层上，光标会出现空心八边形；如果导线不在当前层，将光标移到导线的中间，然后单击鼠标左键即可。第二种方法删除两焊盘之间的导线：执行菜单命令Edit|Select|PhysicalConnection，光标变成十

50、字形，移到要删除的导线上，光标出现空心八边形，单击鼠标左键，选取两焊盘之间的导线，再单击鼠标右键，光标恢复原形。此时，按下Ctrl+Delete键，两焊盘之间的导线被删除。第三种方法删除相连接的导线：执行菜单命令Edit|Select|ConnectedCopper，光标变成十字形，移到要删除的导线上，光标出现空心八边形，单击鼠标左键，你会发现，与该导线有连接关系的所有导线均被选取，再单击鼠标右键，光标恢复原形。然后按下Ctrl+Delete键，完成导线删除。第四种方法删除同一网络上的所有导线：执行菜单命令Edit|Select|Net，光标变成十字形，移到被删除网络上的任意一条导线段上，光标

51、出现空心八边形，单击鼠标左键，则该网络上的导线均被选取，再单击鼠标右键，光标恢复原形。然后按下Ctrl+Delete键，即可删除该网络上所有的导线。练一练：练习对元件、焊盘、过孔、字符串和导线的删除操作。经过手工对布局的调整，整个电路板的布局效果如图11.45所示。图11.45经过调整之后的布局效果11.6自动布线完成元件的布局工作后，就可以进入自动布线操作了。自动布线是指系统根据设计者设定的布线规则，依照网络表中的各个元件之间的连线关系，按照一定的算法自动地在各个元件之间进行布线。从图11.45可以看出，各元件焊盘之间已经存在连线（Connection），这种线，俗称叫飞线。飞线只是在逻辑上

52、表示各元件焊盘间的电气连接关系，而布线是根据飞线指示的电气连接关系来放置铜膜导线。一般情况下，Protel99SE的自动布线功能能够自动地分析当前的PCB文件，并选择最佳布线方式，但在自动布线之前，设置布线的规则也是十分必要的。11.6.1规则的适用范围在自动布线的每一类规则中，都有规则的适用范围（Rulescope）这一项。规则的作用对象包括整个电路板（WholeBoard）、工作层（Layer）、元件（Component）、元件类（ComponentClass）、网络（Net）、网络类（NetClass）、指定区域（Region）、焊盘（Pad）、过孔（Via）等共16种。规则的适用范围就

53、是设置规则的作用对象。下面就介绍几种常用的规则适用范围的设置。1整个电路板（WholeBoard）在默认情况下，规则的适用范围均为整个电路板，如图11.46所示，它包括电路板上所有的对象。图11.46规则的适用范围为整个电路板2工作层（Layer）用鼠标左健单击图11.46中的FilterKind（过滤类型）下拉框中下拉按钮，在弹出的选择菜单中，选取Layer，则RuleScope选项区域的内容发生变化，如图11.47（a）所示。在Layer下拉列表中选择规则适合的层。单击And（与）按钮，对话框变为如图11.47（b）所示，两个对象之间为“与”关系。(b)图11.47规则的适用范围为指定的层

54、3网络（Net）选择此项后，规则的适用范围为指定的网络，如图11.48所示。在Layer下拉列表中选择所需网络名。图11.48规则的适用范围为指定的网络4网络类(NetClass)（1）类的概念类（Class）就是一组具有类似性质的相同对象的集合。例如，网络类就是一组具有类似性质的网络的集合。在Protel99SE中共提供了四种类，即网络类（NetClass）、元件类(ComponentClass)、点到点类（From-toClass）和焊盘类（PadClass）。（2）新建、修改和删除类执行菜单命令Design|Classes，系统弹出如图11.49所示的ObjectClasses（对象类）

55、对话框。对话框中有Net、Component、From-to和Pad共四个选项卡，对应上面提到的四种类；底部有Add、Edit、Delete和Select四个按钮，对应四种类的操作。以网络类为例，四种操作的功能如下：图11.49ObjectClasses对话框新建类：单击Add按钮，弹出如图11.50所示的EditNetClass对话框。在对话框上方的Name文本框输入该类的名称。在对话框的左边是备用成员列表框，对话框的右边是成员列表框。两个列表框中间的操作按钮可以在两边进行成员的调配。使用按钮，可将备用成员全部送入成员列表中；使用按钮，就可将其送入类成员列表中；单击某个类成员，然后使用按钮，

56、在原对话框基础上，可以看到拓展后的对话框增加了三个选项区域，如图11.84所示，其功能如下：AttributesToMatchBy选项区域：主要设置匹配的条件。各下拉列表框都对应某一个对象和匹配条件。对象包括导线宽度（Width）、层（Layer）、网络（Net）等。对象匹配的条件有Same（完全匹配才列入搜索条件）、Different（不一致才列入搜索条件）和Any（无论什么情况都列入搜索条件）共三个选项。CopyAttributes选项区域：主要负责选取各属性复选框要复制或替代的选项。ChangeScope：主要设置搜索和替换操作的范围。选取AllPrimitive项，要更新所有的导线；选

57、取AllFreePrimitive项，指对自由对象进行更新；选取IncludeArcs项，指将圆弧视为导线。图11.84全局编辑下的Track属性设置对话框在全局编辑对话框中进行设置：在Width文本框输入30mil；在AttributesToMatchBy选项区域中的Net下拉列表框中选取Same；在CopyAttributes选项区域的Width复选框被选中。设置结果的含义是：对所选取的导线，如果是属于与选取导线在同一网络内的所有导线，要改变其宽度，变为30mil。最后，单击OK按钮。系统弹出如图11.85所示的Confirm对话框，确认是否将更新的结果送入到PCB文件中。图11.85Co

58、nfirm对话框单击Yes按钮，符合设置条件的导线宽度被改变。VCC网络的导线被加宽后的效果如图11.86所示。图11.86VCC网络导线被加宽后的效果练一练：在自动布线时，在布线宽度规则中设置N01网络的布线宽度为20mil，电源和接地网络的导线宽度为30mil，然后进行全局自动布线。布线结束后，观察导线宽度是否是设定数值。在PCB图中，将原先线宽为10mil，且在底层的导线全部加宽至20mil。11.7.4文字标注的调整与添加文字标注是指元件的标号、标称值和对电路板进行标示的字符串。在电路板进行自动布局和自动布线后，文字标注的位置可能不合理，整体显得较凌乱，需要对它们进行调整，并根据需要，

59、再添加一些文字标注。1.文字标注的调整具体步骤如下：移动文字标注的位置：用鼠标左键拖动。文字标注的内容、角度、大小和字体的调整：用鼠标左键双击文字标注，在弹出的属性对话框中，可对Text（内容）、Height，Width（大小）、Rotation（旋转角度）和Font（字体）等进行修改。2.添加文字标注例如，对新添加的三个焊盘的作用分别用VCC、GND和OUT加以标注，具体步骤如下：将当前工作层切换为TopOverlay（顶层丝印层）。执行菜单命令Place|String，光标变成十字形，按下Tab键，在弹出的字符串属性对话框中，对字符串的内容、大小等参数进行设置。设置完毕后，移动光标到合适的

60、位置，单击鼠标左键，放置一个文字标注。再单击鼠标右键，结束命令状态。练一练：1.在图11.86中放置的三个焊盘，从上到下分别标注为OUT、VCC和GND。2.采用全局编辑功能，把所有元件的标号和标称值字符的高度从40mil变为30mil。11.7.5放置螺丝孔在电路板上经常需要打出一些螺丝孔，以把电路板固定在机箱里，或将元件的散热片固定在电路板上。这些孔与焊盘不同，焊盘的中心是通孔，孔壁上有电镀，孔口周围是一圈铜箔。而螺丝孔一般不需要导电部分。我们可以利用放置焊盘的方法来制作螺丝固定孔。以在电路板的四个角各放置螺丝孔为例，具体操作步骤如下：执行放置焊盘操作。设置焊盘的属性：在焊盘的属性对话框中