《电路仿真与PCB设计》课件第4章

4.1概述

4.2系统设计流程

4.3设计环境

4.4设计管理器

4.5电路图环境参数设置

第4章Protel99SE简介

4.1.1Protel99SE的组成

1.电路设计系统

电路设计系统主要包括以下内容：

●电路原理图设计系统(AdvancedSchematic99)：包括用于绘制、修改和编辑电路原理图的原理图编辑器，用于修改、生成原理图零件的零件库编辑器和各种报表生成器。4.1概述

●印刷电路板设计系统(AdvancedPCB99)：包括用于设计电路板的印刷电路板编辑器、用于修改和生成零件封装的零件库编辑器和电路板组件管理器。

●自动布线系统(AdvancedRoute99)：包含一个基于形状(Shape-based)的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

2.电路仿真与PLD系统

电路仿真与PLD系统主要包括以下内容：

●电路仿真系统(AdvancedSIM99)：包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。

●可编程逻辑设计系统(AdvancedPLD99)：包含一个有语法处理功能的文本编辑器，编译和仿真设计结果的PLD，以及用来观察仿真波形的波形编辑器。

●信号完整性分析系统(AdvancedIntegrity99)：提供了一个高级信号完整性仿真器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。4.1.2Protel99SE的主要功能特点

Protel99SE的主要特点如下：

●系统运行稳定而且高效。

●使用综合设计数据库，为用户提供一个良好的设计平台。

●使用设计管理器统一管理文档。

●使用网络设计组，实现基于异地设计的全新设计方法。

●优越的混合信号电路仿真。

●简便的同步设计。

●精确的信号完整性分析。

●资源丰富的原理图元件库和PCB封装库。

●新增加了自动布局规则设计功能，增强的交互式布局和布线模式。

●继承的PCB自动布线系统使用了最新的人工智能技术。4.2.1电路原理图的设计步骤

电路原理图的设计是整个电路板设计的基础，电路原理图设计的好坏将直接影响到后续工作的进行。下面简单介绍电路原理图的设计流程，如图4-2所示。

1.建立原理图文件

首先建立设计数据库文件(扩展名为.ddb)，并在其中新建原理图文件(扩展名为.sch)。4.2系统设计流程图4-1电路板设计流程图4-2电路原理设计流程

2.设计环境设置

用户不仅可以根据电路的复杂程度和所要求的图纸规范来设置纸张的大小、方向、标题栏的格式等图纸参数，而且还可以根据需要设置原理图的设计信息，包括公司名称、设计者的姓名和制图日期等。另外，设计环境还包括设置格点和光标的大小和类型等。一般情况下，大多数参数均可采用系统默认值，设置之后无须修改。

3.加载原理图元件库

将用户所需原理图元件库加载至设计管理器中，以便查找。

4.绘制原理图

绘制原理图主要包括放置和调整元件、设置元件的属性以及元件的连线等步骤。首先，按照清晰、美观的设计要求，将元件放置到合适的位置；然后，对元件的序号、封装形式和型号等属性进行定义与设置；最后是元件的连线及调整，用户可以利用Protel99SE的各种工具和命令，将事先放置好的元件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有符合设计的电气连接关系。

5.电气规则检查

初步绘制完成的原理图难免存在一些错误，Protel99SE提供的校验工具能够帮助用户对电路原理图进行电气规则检查，保证原理图的正确无误。

6.生成网络表及其他报表文件

网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与PCB设计系统之间的桥梁和接口。网络表可以直接由电路原理图生成，也可以从已布线的PCB文件中获取，将两种方法获得的网络表进行比较，可以核对查错。

7.原理图文件的保存及打印输出

电路原理图绘制完毕后，除了应当在计算机中进行必要的保存外，往往还需要将电路原理图打印输出，以方便设计人员进行校对、参考和存档。4.2.2PCB设计的一般步骤

PCB设计的一般步骤如图4-3所示。

1.建立PCB文件

在设计数据库文件(扩展名为.ddb)中新建PCB文件(扩展名为.pcb)。

2.规划电路板

在绘制电路板之前，用户首先要做的就是对所要绘制的电路板进行初步的规划。比如，要综合系统的性能、成本及应用场合等多方面因素，来考虑是采用面板的层数，电路板需要多大尺寸，元器件采用什么样的封装形式，以及元器件的摆放位置等。对于优秀的设计者来说，这一步是必不可少的，它将直接影响到后续工作能否顺利展开。图4-3PCB设计流程

3.设置PCB环境参数

电路板环境参数设置主要包括对元器件的布置参数、板层参数和布线参数等进行适当的设置。其中有些参数可以直接采用系统默认值，有些则必须根据设计要求自行设置。

4.装载网络表及元件封装库

装载网络表是整个PCB设计中非常重要的环节。因为网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与PCB设计系统之间的桥梁和接口。每个元件都必须具有相应的封装，才能够实现自动布线，而元件的封装说明是包含在网络表文件中的。因此，只有将网络表和元件封装库全部装入后，才能够开始PCB自动布局和布线。

5.元件布局

尽管Protel99SE可以自动布局，但不可能完全满足设计要求，用户还需对元件的位置进行必要的手工调整，以便进行后续的布线工作。

6.电路板布线

电路板布线有自动布线和手工布线两种基本形式。Protel99SE的自动布线功能十分强大，只要各种参数设置合理，元件位置布局得当，自动布线的成功率几乎可以达到100%。但是，由于算法的限制和用户要求的不同，自动布线难免存在着不尽如人意的地方，这就需要设计人员进行手工调整。手工调整的效果因人而异，主要依赖于设计人员经验的积累。

7.设计规则检查

布线完毕后，对电路板进行设计规则检查(DRC，DesignRulesCheck)，以确保电路板符合用户事先设置的布线规则，并确保所有网络的正确连接。

8. PCB文件的保存及打印输出

完成布线后，用户应及时保存PCB文件，并根据需要将其打印出来。

Protel99SE的启动方法十分简单。双击桌面上的Protel99SE图标或单击开始菜单中的图标即可。如图4-4所示为程序的启动界面。4.3设计环境图4-4Protel99SE启动界面执行上述启动命令后，显示的是设计浏览器界面，如图4-5所示。设计浏览器由菜单栏、工具栏、设计管理器、工作窗口、状态栏和命令状态栏组成。菜单栏工具栏设计管理器工作窗口状态栏命令状态栏图4-5设计浏览器界面其中菜单栏包括【File】、【View】和、【Help】三个下拉菜单：

【File】菜单主要用于文件的管理，包括新建和打开设计数据库，以及退出程序，如图4-6所示。图4-6【File】菜单

【View】菜单是视图菜单，包括【DesignManager】设计管理器、【StatusBar】状态栏和【CommandStatus】命令状态栏三个选项，如图4-7所示。其中，【DesignManager】用于打开或关闭左边的Explorer工作窗口；【StatusBar】用于打开或关闭设计浏览器最下方的状态栏；【CommandStatus】用于打开或关闭状态栏下面的命令状态栏。命令状态栏状态栏图4-7【View】菜单

【Help】菜单为帮助文件，方便用户在设计时查看各种功能与使用事项。

工具栏其实就是将菜单栏中比较重要的部分单独列举出来，包括3个按钮：

●用于打开或关闭设计管理器。

●用于打开一个设计数据库文件。

●用于打开帮助文件。4.3.1创建数据库文件

从【开始】菜单中运行Protel99SE执行程序，新建一个数据库文件，具体的操作方法如下：

(1)选择【File】/【New】命令，打开【NewDesignDatabase】(新建设计数据库)对话框，如图4-8所示。图4-8新建设计数据库

(2)在“DatabaseFileName”文本框中设置设计数据库文件名称，扩展名为.ddb。单击【Browse】按钮，可以选择设计数据库文件存放的路径。

(3)选择“Password”选项卡，可以切换到设置设计数据库密码对话框，如图4-9所示。

(4)单击“Yes”选项，在“Password”文本框中设置密码，然后在“ConfirmPassword”文本框中确认密码。单击“No”选项，可取消密码设置。

(5)单击【OK】按钮即可完成新建设计数据库。图4-9设置设计数据库密码4.3.2创建新文档

创建新文档包括新建原理图、印刷电路板、文本等文件，具体操作方法如下：

(1)在设计数据库中选择【File】/【New】命令，打开“NewDocument”对话框，如图4-10所示。图4-10创建新文档

(2)在“NewDocument”对话框中共有10种文件类型，不同的图标代表不同的文件类型，如表4-1所示。表4-1文件类型

(3)选择新建文件类型后，单击【OK】按钮，新文档图标就出现在文件夹中，可根据需要修改文件名，如图4-11所示。图4-11新文档创建完毕

Protel99SE友好的工作界面使其管理起来很方便，它有一个完整的设计管理器，包括导航树、设计窗口、主工具栏、标签等，具体界面如图4-12所示。用户可以通过设计管理器中的导航树方便地浏览和修改设计数据库中的文档和文件夹。4.4设 计 管 理 器导航树设计窗口主工具栏栏标签图4-12设计管理器界面4.5.1环境参数设置

1.窗口设置

原理图编辑器的上端是主菜单栏和主工具栏，左侧是设计管理器，中间空白处为原理图编辑区，下部为编辑状态栏和命令显示栏。(参见图4-5、4-7、4-12)。

用户可以通过【View】菜单中的命令设置主窗口。

【View】菜单中的环境组件切换：

●设计管理器的切换：【View】/【DesignManager】

4.5电路图环境参数设置●状态栏的切换：【View】/【StatusBar】

●命令栏的切换：【View】/【CommandStatus】

●工具栏的切换：【View】/【Toolbars】

●画电路图工具栏的切换：【View】/【Toolbars】/【WiringTools】

●画图工具栏的切换：【View】/【Toolbars】/【DrawingTools】

●其他工具栏的切换：【View】/【Toolbars】下其他命令

2.图纸参数设置

图纸有A0～A5、A～E、Letter、Legal及Tabloid等14种标准规格，图纸大小根据电路图的规模和复杂程度而定，设置合适的图纸大小是设计原理图的第一步。可以单击右键【DocumentOptions】命令快速进入图纸设置，或者执行【Options】/【DocumentOptions】命令打开“DocumentOptions”对话框，再选择【SheetOptions】选项卡进行图纸设置。如图4-13、4-14所示分别为标准尺寸图纸和自定义尺寸图纸的设置。图4-13标准尺寸设置图4-14自定义尺寸设置

3.格点和光标设置

利用Protel99/Sch(原理图设计子程序)设计原理图时，合理地设置格点的形状、光标的形状、是否显示格点等，可以为放置元件、连接线路等设计工作带来极大地方便，从而提高工作效率。

Protel99/Sch提供了Lines(线状格点)