CAD教案(10章73-78共6课时)131_142

《电子CAD》教案第131页131第十章自动走线技术一、教学目的1、电路板进行自动走线的工作流程2、从电路原理图生成网络表3、自动走线技术4、采用半自动设计的工作流程二、教学重点1、自动走线技术2、采用半自动设计的工作流程三、教学难点1、自动走线技术2、采用半自动设计的工作流程四、课时安排本章共6课时，其中4课时理论、2课时上机总第73-74课时第一节自动走线技术一、教学目的1、电路板进行自动走线的工作流程2、从电路原理图生成网络表3、自动走线技术二、教学重点1、电路板进行自动走线的工作流程2、从电路原理图生成网络表3、自动走线技术三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课自动走线技术就是自动将电路原理图中元件间的逻辑连接转换为电路板铜膜连接的技术。电路板自动走线需要将电路原理图中的元件封装形式转换为PCB软件认识的格式，并且将原理图中各元件的网络连接转换给PCB设计软件，这个中间交换数据的过程通常被称为网络表。《电子CAD》教案第132页132下图给出电路板进行自动走线的基本工作流程。原理图绘制↓元件封装修改↓网络表输出--------------||新建PCB文件并绘制板框↓网络表封装修改|----------→装入网络表←--------------┙↓元件位置调整(布局)↓走线规则设置↓自动走线↓打印及输出PCB自动走线流程·讲授新课一、从电路原理图生成网络表电路原理图中最关心的是电路的逻辑连接和各元件的参数值，只要这些参数值正确、连接线无误，就从原理上表明该电路可实现某一功能，而电路板中最关心的是元件各焊点位置的布局(实际上就是指不同的封装形式)、各焊点的连接。要实现自动走线功能，就需要原理图在输出网络表文件时不仅包括元件的数值、标号，还应该包括元件的封装形式信息。由于同型的元件具有不同的封装形式以及不同的软件封装形式的标识会有所区别，这就要求在从电路原理图输出前重新设置各元件的封装形式。二、自动走线实例现在假设设计实例的原理图已经转换为网络表文件，其文件名为aa.net，在“我的电脑”中选择并“复制”aa.net文件。新建一个设计数据库文件，然后在设计管理面板的右边窗口中“粘贴”上aa.net文件。下面通过一个电路板的设计过程来了解利用自动走线技术进行电路板设计的方法。1、新建电路板文件并建立板框在电路板自动布线时应限制走线的区域，这就要求在进行自动走线前应将走线区域定义好，这个区域就是电路板的板框。执行设计管理器File菜单下的New命令，这时弹出新建文档对话框，选择Wizards选择卡，双击PrintedCrircuitBoardWizard图标，开始进行电路板文件的参数设置。首先出现的是欢迎对话框，如继续就单击Next按钮，否则单击Cancel按钮，这里单击Next按钮迸入下一步。《电子CAD》教案第133页133这时出现电路标准类型的选择框，可以根据需要选择各种计算机总线的接口板。在该对话框中还可以选择尺寸的单位是英制还是米制。在这里选择CustomMadeBoard形式的电路板，选择后单击Next按钮进入下一步。电路板文件建立单位及电路板类型选择对话框《电子CAD》教案第134页134这时为设置电路外形尺寸、形状及线宽等参数，这里单位是mm，如果电路板的尺寸为mil,需要将其换算为mm单位，两单位之间的关系为100mil=2.54mm。设置宽度(Width)为100mm，高度(Height)为80mm，取消TitleBlock(标题栏)、LegendString、CornerCutOff(加角切割)、DimensinLine、InnerCutOff(内缘缺口)单选框的选取，其余参数保存不变，设置完后，单击Next按钮进入下一步。这时会弹出一个尺寸预览对话框，如果满意就单击Next按钮进入下一步，否则单击Back按钮退回上步重新输入尺寸，现单击Next按钮进入下一步。重复单击Next按钮，直到用来设置电路的层数的对话框图出现，选择可以是双面、四面、六面、八面等。本实例选择第一项(即TwoLayer-Plated外形尺寸、形状及线宽等设置对话框电路板板层设置对话框《电子CAD》教案第135页135ThroughHole)。选择完后单击Next按钮，进入下一步。单击Next按钮直到出现用来选择使用的元件类型的对话框，该对话框中可以是表面贴装或通孔式，这里选择通孔式。下面还有一个选项。用来设置两个焊盘中间走线的条数，两个焊盘中间走线越多，则铜膜越窄，这时选择一根(OneTrack)。设置完后单击Next按钮进入下一步设置。这时出现用来设置各种铜膜线宽的最小值的对话框，这些参数的设置将会转换为设计规则，并提供自动走线时的参考数据。设置完参数后单击Next按钮进入下一步。电路板元件类型选择对话框电路板铜膜设置对话框《电子CAD》教案第136页136下面几个步骤可以直接单击Next按钮，直到出现Finish按钮，单击Finish按钮就完成了板框的设置工作。2、装入网络表文件完成了板框的设置工作，设计管理面板上将出现电路板的编辑窗口，这时执行Design菜单下的LoadNet命令，此时会弹出网络表选择对话框，选择当前设计数据库中的aa.net文件。如果aa.net文件中的元件封装型号与ProtelPCB99SE封装型号不一致，就会在图中的右半部分Error列中显示出来，这时用户可以双击该行，修改封装代号为ProtelPCB99SE的封装号就可以了。所有错误修改完成后，单击图中的Execute按钮就可以将网络表装入电路编辑窗口中了。3、放置元件网络表调入后需要对元件进行排布，ProtelPCB99SE中元件的排布分手工排布和自动排布两种，手工排布的方法在手工走线中已经介绍，下面使用自动排布元件的方法来放置元件。在电路板编辑窗口中执行Tools菜单下的AutoPlacemen命令来自动放置元件。如果自动放置的元件位置不能符合用户要求，自动放置完后再用手工方法进行适当的调整。NewDocument对话框《电子CAD》教案第137页1374、自动布线规则设置自动布线前一般要进行一些自动布线规则设置。在电路板编辑窗口中执行Design菜单下的Rules命令来放置规则。常用设置有线宽设置、布线层设置、安全间距设置等。5、自动走线自动走线实际上利用网络表中引脚之间的连接关系转换为铜膜连接。通过执行AutoRoute菜单下的All命令来实现自动走线功能，执行命令弹出对话框，直接单击RouteAll按钮，这时就会出现自动走线后的效果。完成上述步骤后存盘、打印，就完成了整个电路板的设计工作。走线规则设置对话框自动走线对话框《电子CAD》教案第138页138总第75-76课时第二节半自动走线的基本流程一、教学目的了解半自动走线的基本流程二、教学重点理解半自动走线的基本流程三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课下面介绍在实际工作中用Protel99SE进行半自动设计的整个流程，让大家对PCB设计有一个全面了解。·讲授新课一、电路板设计的先期工作1、利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然，有些特殊情况下，如已经有了网络表的情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统。2、手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。二、画出自己定义的非标准器件的封装库建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB库专用设计文件。三、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的板框1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，板层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。2、规划电路板，主要是确定电路板的板框，包括电路板的尺寸大小等。这里既可以采用手工绘制板框，也可以采用向导模式生成板框，对于比较标准的电路板建议采用向导模式，又快又好。生成板框后在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。例如对于3mm的螺丝可用6.5~8mm的外径和3.2~3.5mm内径的焊盘等。注意：如果采用手工绘制板框，在绘制电路板的板框前，一定要将当前层设置成KeepOut层，即禁止布线层，板框应当绘制在该层。四、打开所有要用到的PCB库文件后，装入网络表文件和修改零件封装这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路板设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路板的布线。《电子CAD》教案第139页139在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。五、布置零件封装的位置，也称零件布局Protel99SE可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行Tools下面的AutoPlace,用这个命令，你需要有足够的耐心。布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99SE在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。注意：零件布局，应当从机械结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便性及美观等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。六、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板子，应在中间多加固定螺丝孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔，有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘，最好在原理图中就加上。将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护地等。放好后用View3D显示功能察看一下实际效果，存盘。七、布线规则设置布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules的Menu处从其它板导出后，再导入这块板）这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。选Design-Rules一般需要重新设置以下几点:1、安全间距(Routing标签的ClearanceConstraint)它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm，假如能征得他们同意你就能设成此值。0.1mm以下是绝对禁止的。2、走线层面和方向（Routing标签的RoutingLayers）此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的（可以在Design-LayerStackManager中，点顶层或底层后，用AddPlane添加，用鼠标左键双击后设置，点中本层后用Delete删除），机械层也不是在这里设置的（可以在Design-MechanicalLayer中选择所要用到的机械层，并选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示）。机械层1一般用于画板子的边框；机械层3一般用于画板子上的挡条等机械结构件；机械层4一般用于画标尺和注释等，具体可自己用PCBWizard中导出一个PCAT结构的板子看一下《电子CAD》教案第140页1403、过孔形状（Routing标签的RoutingViaStyle）它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选