第89章PCB设计软件LayoutPlus.ppt
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1、第8章 PCB设计软件Layout Plus,PCB是Printed Circuit Board(印刷电路板)的缩写,又称为印刷线路板或印制板。PCB是以绝缘覆铜板为基材,经过印刷、腐蚀、钻孔及后处理等工序,将电路中元器件的连接关系用一组导电图形及孔位制作在覆铜板上,最后经裁剪而成为具有一定外形尺寸的板子。,8.1 印刷电路板及其设计要求,加工制作在绝缘覆铜板上的导电图形及位孔称为印刷电路板的版图。概述印刷电路板的作用 印刷电路板几乎存在于所有的电子设备中,其作用包括固定各种元器件以及实现元件之间的电路连接关系,在高频及微波电路中还可充当电路元件。印刷电路板的分类 按一块板上印刷电路的层数可分
2、为单面板、双面板及多层板。,单面板是仅一面有导电图形的印刷电路板。在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,所以我们就称这种PCB叫作单面板。双面板是两面都有导电图形的印刷电路板。,多层板是由交替的导电图形层及绝缘材料经过层层粘合而成。目前采用较多的多层板是四层板,即在双面板的基础上再在中间加上“电源”和“接地”两个板层。PCB中的版图类型 PCB设计的任务就是将电路设计中的元器件连接关系转换为PCB版图图形,再将版图文件交给工厂完成PCB板的加工。完整的PCB板包括4部分:布线层版图(Layer):描述元器件连接关系的PCB版图。无论双面板还是多
3、层板,元器件通常都放置在顶层(Top Layer),又称为元件安装面。对于一般元器件,其引线穿过印制板在底层(Bottom Layer)焊接,所以底层又称为焊锡面。对于表面贴装式元器件(SMD),引线无需穿过印制板,直接贴装在顶层。,阻焊层版图(Solder Mask):为了保证只在焊接面的焊盘处有焊锡,预先在焊盘以外的部分铺设一层不粘焊锡的“阻焊剂”。阻焊层版图的作用是确定阻焊剂的图形,分为顶层阻焊层和底层阻焊层。丝印层版图(Silk Screen):用于确定在PCB板上用油墨丝印方法添加的文字和图案,起说明注释作用。钻孔定位版图(Drills):PCB板上有两种钻孔。一种用于放置插针式元器
4、件,这种钻孔穿透整个板子。另一种钻孔用于形成通孔,实现不同布线层之间的电学连接。PCB版图设计中的基本“元素”元器件封装图形(Footprint):指某个元器件在PCB设计中采用的封装外形图形,通常包括封装名称、外形形状和尺寸、焊盘和钻孔等内容。PCB设计中,同,一个元器件可以根据需要选用不同的元器件封装。OrCAD/Layout中采用的元器件封装存放在以LLB为扩展名的库文件中焊盘(Pad):焊盘为元器件封装的组成部分。作用是固定元器件并将其引脚与印刷电路上的导电图形通过焊接方式连接起来。焊盘有一定的属性,如编号、类型、定向、外形尺寸、钻孔尺寸等。,过孔(Via):作用是实现PCB不同层间的
5、电气连接,分3种类型 通孔(Through):连接顶层和底层的过孔 盲孔(Blind):一头位于PCB板的表面,另一头位于PCB内部某一布线层 埋孔(Buried):连接PCB内部两个布线层的过孔,顶层铜箔,底层铜箔,中间沉铜,网络(Net):具有连通性的一组连接关系(或连线).同一网络各处连通,不同网络间互不相通。连线(Track):连接两个焊盘的布线。线段(Segment):连线或网络中一段无分支也无过孔的布线。飞线(Ratsnest):设计PCB时,调入电连接网表文件后,在不同元器件封装之间出现的一堆杂乱的线称为飞线,或预拉线。飞线只是代表不同元器件之间的连接关系。通过PCB设计,将每一
6、条飞线转变为一条连线(Track)。印刷电路板版图的基本设计要求元器件布局安放合理。既要注意美观和重量分布均匀,还应考虑元器件布局对电路性能的影响。,布线平滑无毛刺。减少毛刺在高频时的辐射效应,避免腐蚀不完善,形成误连线等故障。模拟电路与数字电路的电源地线分开排布。减小模拟电路与数字电路之间的相互影响与干扰。高频器件就近安装滤波电容,将本地产生的干扰滤除,防止干扰传播。尽可能采用宽的连线。减小连线阻抗从而减小干扰。印制板设计软件OrCAD/Layout PlusPCB设计流程。首先应绘制好电路图并生成符合Layout Plus格式要求的电连接网表文件,其扩展名为mnl。,调用Layout Pl
7、us软件,屏幕出现Layout Plus管理窗口,进入PCB设计阶段。指定板框文件(.tpl)或技术文件(.tch)。确定设计过程中采用的设计环境和运用的策略。调入电连接网表文件(.mnl)。若未调入.mnl文件,则是应用Layout Plus软件采用手工设计的方法设计一个PCB。指定存放PCB设计结果的文件名(.max),完成PCB设计的准备工作。采用自动/手工布局方法,将与电路设计中各个元器件对应的元器件封装(Footprint)放置在印制板上。采用自动/手工布线方法完成印制板布线。对设计好的印制板进行后处理,生成有关报表。将设计好的PCB版图以要求的数据格式存盘输出,,送交工厂生成PCB
8、板。在PCB设计过程中除了可以调用元器件封装库中的符号外,还可以在库管理器窗口中编辑、修改或新建封装符号。OrCAD/Layout Plus软件的特点 OrCAD软件包中提供了3种PCB设计软件:Layout Plus、Layout、Layout Engineer,其中以Layout Plus版本功能最强。Layout Plus的特点主要有系统集成、高水平的设计指标、同时支持手工布局和自动布局、手工布线和自动布线、智能化敷铜、丰富的元器件封装库及与多种PCB设计软件交换数据的功能。,Layout Plus软件管理窗口管理窗口的功能,元器件封装管理窗口,Layout Plus印制板编辑窗口,工具
9、按钮,元件操作模式,视图操作,障碍物操作模式,刷新(F5),元器件封装引线操作,文字操作模式,错误符号操作模式,预拉线操作模式,打开颜色表格,启动设计规则在线检查,重新连线模式,自动路径式手工布线模式,推挤式手工布线模式,手工布线模式线头操作,手工布线模式线段操作,进行设计规则检查,所在的板层选择热键为数字键(0,1,2,3),激活元件资料窗口,8.2 Layout Plus 基本运行过程,生成电连接网表文件 进入capture 建立新的设计项目,类型为PC board(也可以选择其他类型,只要设置了footprint属性)。绘制电路图,注意元件应该设置footprint属性,半加器电路图,为
10、了保证PCB设计的顺利进行,必须注意以下3个问题。电路图中元器件符号不能重复每个元器件必须设置一个元器件封装(Footprint),PCB Footprint一列显示出各个元器件采用的默认封装形式。用户可以根据需要修改。,生成符合Layout Plus软件规定的电连接网表文件 执行Tools/Create Netlist,与Layout Plus软件建立联系,英制,公制,启动Layout Plus软件打开相关文件启动Layout Plus软件,打开Layout Plus管理窗口。设置PCB模板文件(Template File):执行File/new子命令,屏幕出现如下对话框,设置模板文件,调入
11、电连接网表文件,指定PCB设计文件名,板框文件(.tpl)或技术文件(.tch)确定模板。模板文件是存放关于PCB板层,PCB板框等信息的文件,调入电连接网表文件(.mnl)指定PCB设计文件名,采用默认的即可,如果出现错误,如单位不统一,.mnl文件是英制的,而模板是公制的,会出现如下错误。,如果显示一个对话框说无错误,则电路图和电连接网表文件都无错误,在Layout Plus编辑窗口中载入电路中所有元器件的封装。,确定板框和元器件布局 虚线框表示的是模板文件定义的板框。系统默认的板框设置不会正好适合用户的设计。定义板框 选择板层为global layer,执行Tool/Obstacle命令
12、或点击 进入板框(障碍物)操作模式,用鼠标在版图中绘制板框。采用Layout Plus设计PCB时,将走线、焊点、字符以外的图件对象统称为Obstacle。板框是Obstacle中的一种图件,板框绘制好后如下图,元器件布局 下面介绍一下自动布局。执行Auto/Place/Board子命令,Layout Plus自动进行元器件布局,PCB布线 自动布线功能。执行Auto/Autoroute/Board子命令,Layout Plus自动进行布线,拆除布线 按上述步骤完成PCB设计之后即可进行存盘和输出。由于各种原因可能要拆除已完成的全部布线或部分布线。比如要采用先进的自动布线工具Smart Rou
13、te改进布线效果时,就要在重新布线前拆除布线。,拆除所有布线,拆除编辑区中框线内布线,拆除与指定网络对应的布线,拆除与指定元器件封装相连的布线,8.3 高级自动布线工具Smart Route,上面介绍的自动布线在有些情况下效果不令人满意,往往形成过多的过孔。智能化自动布线工具Smart Route可以明显改进布线效果。Smart Route的运行步骤在Layout Plus管理窗口中选择执行Tools/Smart Route子命令,打开Smart Route自动布线窗口。选择执行File/Open子命令,选取一个拆除了布线的PCB设计文件(.max),点击ok,将带有飞线的元器件封装调入自动布
14、线窗口。执行Auto/AutoRoute Board子命令,完成自动布线。,5种布线策略,8.4 PCB布局,为了改善设计效果或满足某些特殊需要,往往要进一步对自动布局结果进行调整。本节介绍与手工布局有关的几种操作。元器件封装操作状态 手工布局实际上是调整元器件封装在PCB板上的位置,因此在手工布局前,应点击 工具按钮,进入元器件封装操作状态。注意,为了使手工布局顺利进行,在手工布局前应点击在线DRC工具按钮,使其不起作用。否则在布局过程中系统将随时对操作进行DRC检查。,元器件封装的基本操作元器件封装的选中 点击选择,拖动选择,元器件封装的移动元器件处于点击选中状态,则被选择元器件随光标移动
15、。点击左键将元件固定元器件处于拖动选中状态,必须按下鼠标左键用拖动方式控制被选中元器件的移动。元器件封装的旋转 光标指向要旋转与翻转的元件,按鼠标左键或空格键;紧接着按“R”键,逆时针转90度,同样地按“T”键即可将该元件左右翻转,再按鼠标或空格键可固定之。元器件封装的复制 选中一个元器件封装后紧接着按Ctrl+C键即可复制这个元件,新元件与光标一起出现。,元器件封装属性参数的编辑 选中一个元器件后,从快捷菜单中选择Properties命令,在符号库中的名称,封装参数,分组号,分簇,元器件分簇 电路中比较接近的几个元器件可以组成一个簇,布局时将同一簇中的元器件封装放置在相邻的位置,减少他们之间
16、走线的长度 在组成同一簇的几个元器件中选取任一个元器件的编号为簇名均可。比如要将U1和U2组成一簇,可在U1的属性参数对话框中设置如下 用光标指向其中一个元器件并点击鼠标左键,簇中另一个元器件移至该位置,聚在一起。以后进行操作时,两个元器件同时受到作用。若要解除成簇状态,则要点击,从下拉列表,中选择Components命令,屏幕上出现元器件列表,双击U1和U2在属性参数对话框中将Cluster ID改回“-”即可解除成簇状态。,元器件封装的状态标志Fixed:选中此项,则元器件完全被固定在PCB中,既不能移动其几何位置,也不能修改属性参数。Locked:表示该元器件已被锁定。进行自动布局时,处
17、于锁定状态的元器件不受作用。Key:表示该元器件是所在簇中的关键元器件。Non-Electric:该元器件不具有电气特性Route Enable:应对该元器件进行布线Do Not Rename:用于设定在执行Auto/Rename Components子命令时元器件编号的更改模式。,放置新元件 若要在新加一个尚未出现的封装,按如下步骤进行。在元器件操作模式下,点击鼠标右键,出现如下快捷菜单。选择New子命令,出现 如下对话框。设置新元件,元器件操作状态下的快捷菜单之一 在元器件操作状态下进行的操作随是否有元器件被选中分为两类。首先看一下没有元器件被选中状态下的情况End Command:结束当
18、前操作New:新设置一个元器件Queue For Placement:按照 设置的一组条件选中元器 件,形成一个列表,以备对其进行操作。选择执行该条命令后,屏幕上弹出如下对话框。,指定被选择的元器件应具有什么样的元器件编号,指定被选择的元器件应具有什么样的封装外形,Select Any:与Queue For Placement命令相似。Place:本条命令用于对执行Queue For Placement命令生成的列表中的元件分别进行处理。比如选中U3,点击OK后,PCB板上相应的元器件处于选中状态,可对其进行各种操作。Minimize Connections:按照使飞线总长度最短的原则重新安排
19、飞线,有利于布线的进行。,元器件操作状态下的快捷菜单之二在元器件操作状态下,选中一个元器件后,点击右键,出现如右快捷菜单。Shove:以当前元器件为 基准,将其周围与其太近 的元器件“推挤”开,使当 前元器件与周围其他器件 均保持由系统设置的安全 距离。Adjust:系统将在当前元 器件附近更大范围内调整,元器件的布局,使其与周围其他器件均保持由系统设置的安全距离。Matrix Place:对选中的多个元器件进行阵列式布局。Swap:使被选中的两个元器件封装互换位置。Alternate Footprint:显示元器件在当前设计中曾使用过的所有元器件封装名称,供用户选用。Make:将选中的元器件
20、组成一个簇Break:若选中的是一簇元件,该命令使簇撤消。阵列式布局(Matrix Place)定义阵列的步骤 在Layout Plus编辑窗口,选择执行Tools/Matrix/Select子命令,将光标移至定义阵列的起点位置,点击鼠标左键,光标成为小十字形,随着光标的移动,可以确定阵列的外框,点击鼠标左键,固定阵列的边线,光标仍是小十字形。在阵列内左右移动光标,将改变阵列的列数,上下移动改变行数。点击鼠标左键,将阵列固定。阵列式布局 定义好阵列后,进入元器件操作状态。选中要放入 阵列的元器件,从 快捷菜单执行Matrix Place命令,或从编辑 窗口选择执行Auto/Place/Matr
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