第十一讲protel元件封装编辑基础

十一讲主要内容：第六章印制电路板设计基础6.6电路板规划6.7元件自动布局6.8自动布线第七章元件封装编辑基础6.6电路板规划对于要设计的电子产品，首先需要确定电路板的尺寸，这就是电路板规划。通常确定电路板外形和电气边界。在执行PCB布局之前，必须设定一个PCB的电气边界。它涉及到PCB的布局将要在什么样的范围内进行，同时，比较大的项目还要考虑进行分区域布局。规划PCB布局通常有两种方法，一种利用Protel提供的向导；另一种就是人工设计电路板外形和定义电气区域。1人工规划电路板电路板的电气边界是指KeepOutLayer层中放置的轨迹线确定的界线，是用来限定元器件安放和路径走向的。通常这个边界与电路板的物理边界几乎相同，比较合理的方法是小于物理边界，这样能够确保元件走线和元件位置不会离真正边界很近。电气边界也是设计规则检查器（DesignRuleChecker）、自动布局器（Autoplacer）和自动布线器（Autorouter）参考的依据。人工规划电路板电气边界步骤：用鼠标单击编辑区下方的标签KeepOutLayer作为当前工作层，该层为禁止布线层，用于设置电路板边界和元件布局区域。执行菜单命令Place/Keepout/Track，或单击放置工具栏中的按钮。此时进入编辑状态，光标成十字形，按要求绘制边界，注意正确选择所需的坐标单位。绘制图形通常为矩形形状。绘制完毕，单击鼠标右键退出编辑状态。2使用向导生成电路板执行菜单命令File/New，在弹出的对话框中选择Wizards选项卡，点击相应图标。第二步点击OK即弹出如图所示的对话框。第三步单击Next按钮，就可以设置电路板相关参数。在弹出的对话框中，默认为用户自定义板，其他可选为标准版。在该对话框的Units框中选择电路板的单位，Imperial为英制，Metric为公制。PCB预定义标准版选择第四步如果选择CustomMadeBoard，单击Next按钮后，系统弹出对话框，用户要设定好PCB板的各项属性。自定义板的参数设置主要参数含义板卡形状：Rectangular（矩形，附加参数宽Width和高Height），Circular（圆形，附加参数为半径Radius），Custom（用户自定义）其他：BoundaryLayer，设定边界层，一般选禁布层KeepOutLayer；DimensionLayer，设定板卡物理尺寸层，一般为机械层MechanicalLayer4；TrackWith，设定导线宽度；DimensionLineWith，设定尺寸线宽度。KeepOutDistanceFromBoardEdge，设定板卡边界距离。选项：TitleBlockandScale，生成标题框和标尺线；LegendString，生成专用图标或字符，即标记；CornerCutoff，拐角开口；InnerCutoff，内部开口。第五步单击Next按钮，在弹出的对话框中，进一步设置尺寸参数。第六步单击Next按钮，设定外切角尺寸。第七步单击Next按钮，设定内孔尺寸。第八步单击Next按钮，填入标题框相应信息。第九步单击Next按钮，在出现的对话框中，默认为双面板带金属化过孔。按需要选择板卡使用的层数。内部电源层有二层和四层选项。超过的话，则要自行通过层管理器来设置。选择适合的板卡层数第十步单击Next按钮，在出现的对话框中，选择通孔类型。双面板一般都是通孔型过孔。另一种选项是盲孔和埋孔，适合多层板卡。选择过孔类型第十一步单击Next按钮，在弹出的对话框中，按实际选择以表面安装元件为主还是以通孔式元件安装为主。是单面安装还是双面安装。如果选择通孔式元件安装，则还要选择两插脚间可走的导线数，最多三根，最少一根。设置需要的布线技术选择通孔式元件安装第十二步单击Next按钮，此时可以设置最细的导线宽度，过孔的最小宽度和最小孔径，导线之间最小间距。设置最小尺寸限制第十三步最后，单击Next按钮，弹出完成对话框，单击Finish按钮就完成PCB板的生成。这样，PCB板就规划完毕。接着，就可以加载网络表和放置元件了。6.7元件的自动布局装入网络表和元件封装后，要把元件封装放入工作区，这就需要对元件进行布局。Protel99SE提供了强大的自动布局功能，用户只要定义好规则，系统就可以将重叠的元件封装分离出来。1元件自动布局执行菜单命令Tools/AutoPlacement。在弹出对话框中进行布局器设置。族式自动布局器选项族式自动布局器ClusterPlacer：这种布局方式比较适合元器件数较少的电路，它把有连接关系的元件按组分类，布局中尽量以组为单位放置。对话框下部的复选框QuickComponentPlacement表示以较快的速度布局。如选择该项，则将不进行优化，虽有快的速度，但可能会有较差的布局效果。对此布局有影响的参数可通过执行菜单命令Design/Rules，在弹出的对话框中选择Placement选项卡来设置。规则设定中的Placement选项卡统计式自动布局器选项统计式布局器StatisticalPlacer：适用于元件数目比较多的电路。它基于对电路参数统计的计算方法来放置元件，可以是元件连接导线长度最短。其有两个选项：GroupComponents，连接密切的元件归为一组，排列时作为一个整体考虑；RotateComponents，根据需要旋转元件位置，否则保持原位方向。其他参数设置：PowerNets和GroundNets分别输入电源网络名称和接地网络名称；GridSize设置栅格间距。此布局器是单独创建一个文件来运行。完成后，会有提示对话框确认并提示是否要更新PCB文件。2添加网路连接装载网络表后，一般还需完善一些电路，主要是一些辅助连线。添加的方式，是通过网络表管理器来完成的。方法：在装载了网络表文件的PCB文件中，执行菜单命令Design/NetlistManager，即可弹出网络表管理器。可以在NetsinClass列表中选择需要连接的网络，例如GND，然后双击该网络名或者单击下面的Edit按钮，将弹出网络编辑对话框，此时可以选择添加或去除连接该网络的元件引脚。在NetsinClass列表中单击下面的Add按钮，可以向PCB添加新的网络，在弹出的编辑对话框中，在NewName中输入新网络名，分别添加该网络连接。网络表管理器网络编辑对话框3手工编辑与调整一般是对元件的放置位置根据实际需要和美观重新改变一下，特别像是一些可调整元件如电位器等其方向可能影响正常调节。元件的标号和标注等字符要以不影响识别和便于观察为主，以防造成安装时的错误或影响检查。6.8自动布线布局完成后的电路，就要开始考虑布线了。如果是手工布线，一般直接根据要求修改布线粗细以及间距要求就可以了。采用自动布线方式，则要预先把要求确定下来，软件才能根据所提要求完成布线过程。1设置布线规则布线规则基本知识布线参数设置A布线规则基本知识安全间距（ClearanceConstraint）：定义同层面的导线和导线之间，或与焊盘之间的最小间距。通常为10mil。布线拐角模式：习惯上导线拐角为135°角模式布线层之间导线走向：习惯上层与层之间取正交模式。布线优先级：（RoutingPriority）：用于设置网络自动布线的顺序。布线规则基本知识（续）布线拓扑法（RoutingTopology）：以网络的走线最短为原则。过孔类型（RoutingViaStyle）：有通孔（ThroughHole），盲孔（BlindVia）和埋孔（BuriedVia）。走线宽度要求：根据电路的抗干扰性和实际电流大小，电源和接地的线宽相对要比较大，以便能承受足够大的电流。一般的信号线为了可靠，也不宜过细。B布线参数设置执行能够命令Design/Rules，系统将弹出对话框，在此就可以设置布线参数了。设置布线参数对话框Routing选项卡布线规则一般都集中在RuleClasses中。ClearanceConstraint：走线间距限制。点击下部窗口底端的Add按钮，即弹出安全间距对话框，可添加新的规则。如果点击属性（Properties…），则对原规则进行修改。走线间距限制对话框参数含义：RuleScope：规则适用范围。一般取默认值，WholeBoard整个电路板，如果需要可以在下拉菜单里选择。Ruleattributes：在最小间距栏里修改数据，一般取默认值10mil。下面下拉框用于选择适用网络。Routing选项卡（续一）RoutingCorners：设置布线拐角模式。点击该项选中，单击属性按钮对原模式进行修改，单击Add是添加新的模式。规则适用范围默认为整个电路板。规则属性有三种方式选择，一般45°或圆弧，常取默认值45°。布线拐角模式设置Routing选项卡（续二）RoutingLayers：设置布线工作层与走线方向。选中后单击属性按钮，弹出对话框。一般层间走线应交叉或正交方向。布线工作层设置Routing选项卡（续三）RoutingPriority：设置布线优先级。Protel提供了0-100个优先权，数字越低，级别越低。以添加方式设置各网络的优先级别。布线优先级设置Routing选项卡（续四）RoutingTopology：该选项用来设置布线的拓扑结构。点击选中后单击属性按钮，可以弹出对话框。在其右边的属性下拉菜单中可以有许多选项。每选中一项，下面的拓扑图形就会作相应变化，反映每种结构的含义。默认为Shortest最短走线方式。布线拓扑设置Routing选项卡（续五）RoutingViaStyle：用于设置过孔的样式和钻孔大小。点击选中后单击属性弹出对话框。有开孔尺寸和外廓直径，均给定三个选项，最小、最大和优选值。一般以该默认值作优选值。过孔规则设置Routing选项卡（续六）WidthConstraint：走线宽度设置。点击选中后单击添加按钮，即弹出对话框。根据各个网络的不同，依次设定其走线宽度的最小值、最大值和优先值。一般电源走线和接地走线必须加宽，其他走线根据版面空间适当加宽。默认值一般为10mil。走线宽度设置2自动布线自动布线器参数设置预布线自动布线手动调整a自动布线器参数设置自动布线器能够根据所设置的布线规则直接在PCB窗口进行布线。通常采用默认参数，确保布线规则优先处理。执行菜单命令AutoRoute/Setup…，将打开AutorouterSetup自动布线器设置对话框。自动布线器参数设置各参数含义：RouterPasses：正对下面的选项采取的布线方式，依次为类存储器方式，SMD表面贴装元器件引脚过孔方式，布线拓扑样式，走线推挤方式和消除争用点方式。如果该方式未选，会留下一些绿色小圆圈表示争用点。ManufacturingPasses：设计加工有关的操作。依次为布线中清理多余项，主要为过孔等；布线结束后清理多余项；均匀分布走线空间，特别是集成电路两引脚间走线；和添加测试端点。Pre-routes：LockedAllPre-routes选项用于是否保护预布线而设。RoutingGrid：布线栅格值，取默认。b预布线在电路中存在一些必须保证的或者主要的网络走线，有时需要预先保证，如电源线和地线。这些线称之为预布线。预布线的方法主要为手工和自动两种。手工参照飞线提示人工布线。自动方式选择菜单命令AutoRoute/Net，以网络为单位布线。预布线一般对同一个电气网络应完整布线，其起点和终点均为焊盘或过孔，预布线符合用户设定规则。预布线必须进行保护，以防自动布线时被破坏。方法可以采用线锁定或者自动布线器设定中的锁定。线锁定在其属性里设置。c自动布线单击参数设置界面中的按钮RouteAll即进行整版布线。若栅格值不合理，会弹出对话框给出建议值要求确认。布线完成后会给出结果对话框。d手动调整自动布线结束后，还需要检查布线效果，进行优化和调整。有未布通的或者标错的地方进行修补。3布线结果检查DRC（DesignRuleChecks）为设计规则检查，根据用户设定的规则来检查电路板上的相应项目是否满足要求，从而可以知道布局、布线是否违规。DRC的运行可以有两种方式，Online-mode在线式和Batch-mode批处理式。执行菜单命令Tools/DesignRuleCheck，在弹出对话框中，在设计规则对话框里设置的参数，均有相应选项存在。没有则为灰色，不可用。设计规则检查对话框参数含义：CreateReportFile：生成DRC检查报告。CreateViolations：产生违规标记，以绿色高亮显示。Sub-NetDetails：检测子网络。点击RunDRC按钮，即进行DRC检测，在报告中看错误。找出修改直至消除。第七章元件封装编辑基础主要内容：7.1元件封装库管理器7.2制作PCB元件7.3元器件及元器件库报表7.1元件封装库管理器由于电子元件的种类多且更新快，所以在设计PCB的过程中，常常会遇到在PCB元件库里找不到所需的元件封装类型。这时，用户可利用PCB元件封装库编辑器来创建新的元件封装类型。1启动PCB元件封装库编辑器首先执行菜单命令File/New，在系统弹出的对话框中，选择PCBLibraryDocument图标。单击OK按钮，或双击PCBLibraryDocument图标，可创建新的元件封装库文件，默认文件名为PCBLIB1.Lib。如果要修改新建的元件封装库文件名，可用第1章介绍的文件管理方法进行修改。把PCBLIB1.Lib改为MYPCB.Lib。双击MYPCB.Lib，即进入元件封装库编辑的工作界面。选择生成PCB封装库文件进入PCB元件封装库编辑器2元器件封装库管理器PCB元器件编辑器中，元器件封装库管理器是对元器件封装进行管理的重要工具。单击封装编辑器左上的BrowsePCBLib标签，即可打开元件封装库管理器。可以完成的工作：浏览元器件封装编辑元器件封装当前层面选择a浏览元器件封装在Components选项框中，系统提供了浏览元器件封装的功能，即设计者或用户可以在这里选择需要显示的元器件名称，并查看元器件封装形式。各项含义：Mask：用于设置元器件封装的选择条件并查看元器件封装库。其后的文本框中可以直接输入元器件名称也可使用通配符。输入完毕，确认后，下面的列表框中将显示符合条件的元器件名称。列表框：用于显示符合Mask中选择条件的元器件名称序列。方向按钮：列表框下部的单双箭头方向按钮，与原理图元件库管理器中功能一样，用于选择列表框中的元器件。常用功能按钮：Rename，改名；Place，放置，当前元件封装放到PCB图纸上；Remove，删除被选中元器件封装；Add，添加新元器件封装。b编辑元器件封装EditPad：编辑引脚属性。选中引脚后单击此按钮或直接双击要编辑引脚即可弹出焊盘属性设置对话框。在该对话框中，可以设置焊盘形状Shape，焊盘序号Designator，旋转角度Rotation，焊盘尺寸X-Size、Y-Size等。Jump：跳转。在元器件的引脚列表中选择一个引脚后，单击该按钮，系统自动在工作窗口中跳转到该焊盘所在位置。UpdatePCB：同步更新PCB板上的相应元件封装。焊盘属性设置对话框c当前层面选择在元器件管理器的最下方，CurrentLayer组合框用于选择当前工作层面，双击其后的颜色框，可弹出颜色设置对话框，进行当前层面颜色修改。7.2制作PCB元件手工绘制PCB元件封装利用向导创建PCB元件封装1手工绘制PCB元件封装手工绘制PCB元件封装，是根据元件的实际尺寸，直接使用绘图工具绘制出所需的PCB元件封装。这里以PS/2型键盘/鼠标接口的元件封装为例，简单介绍手工创建元件封装的方法。并把该元件封装命名为PS2，保存在新创建的元件封装库MYPCB.Lib中。PS/2接口图形说明：鼠标接口的外轮廓为长520mil、宽500mil的长方形。如果中间的7号焊盘坐标定为（0，0）mil，根据实际尺寸，可算出其他焊盘的坐标等属性。实例焊盘属性DesignatorX-SizeY-SizePanTypeHoleSizeLocation（X,Y）16080Round30-47,-14026080Round3047,-14036080Round30-140,-14046080Round30140,-14056080Round30-140,-24066080Round30140,-240Center7150100Round850,0Left7100150Round85-260,-40Right7100150Round85260,-40步骤启动PCB元件封装编辑器，并创建元件封装库MYPCB.Lib，图中元件封装库管理器默认的第一个元件的封装名是PCBCOMPONENT＿1，可把它改为PS2。方法：在元件封装名PCBCOMPONENT＿1上单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择Rename；或单击元件封装名PCBCOMPONENT＿1，然后Rename按钮，系统将弹出改名对话框。输入新的元件封装名PS2后确定即可。元件封装改名对话框步骤（续）执行菜单命令View/ToggleUnites可切换单位的公/英制，观察状态栏的X、Y坐标，切换单位为所需的英制。执行菜单命令Place/Pad或单击工具栏的按钮后，按Tab键，系统弹出焊盘属性设置对话框，参见前面的表格把焊盘的各项属性设置好。观察状态栏的X、Y坐标，移动光标到该焊盘对应的坐标上，单击鼠标左键，放置一个焊盘。用同样的方法放置所有的焊盘。或者全部放置好焊盘再参照表格的坐标值修改，只要双击相应焊盘即可弹出属性设置对话框，填入数据表中数据并将锁定选项选中即可。放置好焊盘的图形步骤（续一）点击编辑器窗口下部的标签，选择层面到TopOverlay；或者从左边封装库管理器下部的当前层下拉菜单中选择。执行菜单命令Place/Track，或单击放置工具栏按钮，根据元件的实际尺寸绘制元件的轮廓线，即完成图形绘制。选择菜单命令Edit/SetReference设置参考点，将原点坐标（0，0）设定在元件的某一特定位置上作为元件放置时的参考点。一般应避免将参考点设置在元件对称轴线上，以免在对元件进行旋转或翻转操作时难以观察动作。设置参考点Pin1选1脚焊盘为参考点；Center选中点为参考点；Location自定义参考点。步骤（续二）最后，别忘了执行菜单命令File/Save，或单击按钮，将绘制完成的元件封装PS2保存在MYPCB.Lib里面。2利用向导创建PCB元件封装对于引脚较多但排列有一定规律的元件封装，可用元件封装向导来产生封装图形，这样可大大提高绘图效率。这里以常用的PCB板形边插件（俗称金手指）为例，来说明元件封装向导具体的应用。PCB板形边插件步骤一执行菜单命令Tools/NewComponent，或单击元件封装管理器元件列表窗下部的Add按钮,均可打开元件封装向导对话框。按Next将进入下一步。在封装类型列表中选EdgeConnectors。如果手头没有所配插座的型号及尺寸资料，就要进行实测。若使用的是公制游标卡尺测量的数据，长度单位要用Metric(mm)。元器件封装向导对话框选择封装类型和度量单位步骤二单击按钮Next进入下一步。这里设置插件中铜膜的尺寸，将鼠标指向尺寸数字上点击一下，数字被激活进入编辑状态。按实物量取铜膜的尺寸，其宽度为2mm，长度为12mm。设置插件铜膜尺寸步骤三单击Next按钮进入下一步。该对话框中设置两插头铜膜之间的距离S。这个尺寸最好不要直接测量，因为测量的积累误差会使最后板插总宽度L出现很大偏差。铜膜间距S=式中，总宽度L为板插两端铜膜外侧之间的距离。设置铜膜间距步骤四本例中插件总宽度L为77mm,铜膜宽度B为2mm,单面铜膜数为19条，所以得：铜膜间距S＝=4mm单击Next进入下一步，设置单面铜膜条数，本例为19条。单击Next进入下一步，这里输入元件名称，本例元件名为Edge_19。最后单击进入结束阶段，按Finish结束向导过程。在TopOverLay层画出轮廓线及缺口，并将缺口