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电子设计自动化:Protel应用实例与技术详解
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更新于2024-08-01
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电子设计自动化及Protel应用是一本专门针对电子工程专业学生的教材,由唐亚平、龚江涛和粟慧龙主编,李移伦主审,主要介绍了电子CAD技术在电子设计中的实践应用。该书共分为两个模块:模块一聚焦于电子CAD技术的基础实践,模块二则深入探讨自动化设计技术。 在模块一中,首先通过"直流稳压电源的原理图与PCB设计"项目,学生将学习到如何使用Protel DXP 2004软件进行电路设计。项目包括了项目描述、目标设定、软件安装和基础操作,如硬件准备、原理图绘制和PCB设计。通过这个项目,学生可以了解并掌握电路原理图设计的基本步骤和Protel软件的操作技巧。 接着是"下载线的原理图与PCB设计"项目,涵盖了PCB设计前的准备工作,设计流程,规则设置以及设计评审,旨在提升学生的PCB设计能力。该项目涉及CPLD(复杂可编程逻辑器件)的应用,让学生理解并实际操作下载线的设计过程。 模块二进一步深化,如"EDA学习开发板原理图与PCB设计"项目,不仅介绍了系统的组成、器件选型,还详细讲解了电路布局、集成器件库制作、原理图设计和PCB设计等高级技能。通过1位全加器的设计,学生会接触到可编程逻辑器件(如FPGA、CPLD和MAXII),理解其工作原理,并学习相应的软件工具和设计流程。 每个项目都包含项目描述和目标,以及详细的实施步骤和评价环节,通过实践操作,学生可以逐步提升电子设计自动化技术的理论知识和实际操作能力。此外,书中还强调了项目评价与总结提高的重要性,鼓励学生在实践中不断拓展和深化自己的知识体系。这本书适合电子工程专业的学生作为教材或自学参考,帮助他们更好地理解和掌握电子设计自动化技术及其在Protel软件中的应用。
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Management 页面显示许可文件的信息,如图 1-11 所示。再次启动 Protel DXP 2004,即可
正常使用软件进行设计操作。
图 1-11 系统许可信息
1.2.3 Protel DXP 2004 电路设计基础
一、原理图设计基础
原理图(SCH)就是各种电子元器件的电气连接图,安主要包括:元件、连线、网络端口、
标识、参数等。为了给电气电路分析、检查提供方便,电路原理图还标有信号的走向,各功
能模块集中表述及说明字符等等。电路原理图作为 PCB 板的输入,体现了设计人员的思想,
因此必须保证设计的准确性,并且尽量使绘制的原理图清晰、流畅。
(一)原理图的构成
原理图同一些基本的实体组成,包括元件、导线、网络端口、电气节点、电源端口,它
们之间的连接关系构成了电气连接网络。因为仅需要表述电气连接关系,所以原理图在给制
过程中引入的全部是实体符号,不涉及实物。在原理图中的实体有着对应的元件或导线,有
些只起到辅助作用,下面介绍原理图中的实体。
1.元件(Component):是原理图中最重要的级成部分,它是放置在原理图上反映各种
电气特性的物理元件,如电阻、电容、电感、半导体器件、集成电路和插接件等。如图 1-12
所示。每个元件均由表示元件属性的图形和引脚组成。所谓元件的电气连接是指将这些器件
的引脚连接起来。
2.导线(Wire):导线是连接元件引脚的直线,用于建立元器件之间的电气连接。
3.网络标识(Net Label):网络标识是类似如导线的另一种电气连接方式。在两个或多
个元件的引脚上放置相同的网络标号,即可将这些元件脚之间建立电气连接关系。如图 1-13
所示。
4.电气节点(Junction):电气节点有着连接导线的辅助作用,它用于两根或多根导线的
相连情况。
5.电源端口(Port):电源端口用于标识电源网络,可以连接到元件引脚上。Protel DXP
2004 提供了多种电源端口。如图 1-13 所示。
图 1-12 原理图元件 图 1-13 网络标识
(二)原理图绘制的基本方法
原理图设计是 PCB 设计的基础,它定义了 PCB 板上的电气连接关系,直接影响下一步
的工作,因此在原理图设计时应注意以下几点:
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1.准确性。在原理图设计时首先考虑的就是准确的电气连接关系及器件的定型,否则
会对下一步的工作造成各种影响。
2.层次性。在设计复杂的原理图时,层次化设计能够帮助设计人员理加准确地把握设
计过程和设计结果,因此要为复杂的原理图设计建立正确的层次化结构。
3.美观性。任何单张原理图设计均要布局合理、清晰易懂。另外在原理图上还应有必
要的注释,以方便设计人员进行阅读和校验。
在 Protel DXP 2004 中绘制原理图时,大多数元件都存放在元件库中,因此只需要将所
需的元件从元件库中调入 SCH 编辑环境,然后根据电气连接关系进行连线即可。通常原理
图设计包括:元件库设计和原理图设计。
在创建元件库时需要遵循以下规则,以方便对元件进行电气连接。如图 1-14 所示。
电源引脚放置在元件上部;
地线引脚放置在元件下部;
输入引脚放置在元件左部;
输出元件放置在元件右部;
相关功能的引脚集中放置,不相关的引脚保持持一定的距离。
在绘制原理图时,也要遵循类似规则,如图 1-15 所示。
按信号的流向放置元件;
电源就应放置在元件上部,地线在元件下部;
同一功能模块电路的元件尽量放置在一起,不同元件间的距离稍远。
图 1-14 元件引脚排列 图1-15 原理图布局图
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(三)原理图设计流程
电路原理图是一个具体电路的原理性描述,它描述了各个元件的电气接连
关系,不涉及具体元件的封装、位置和电路板的尺寸结构。
新建项目文件
设置原理图工作
环境
添加元件库
原理图电气规则
检查
输出报表
放置元件
电气连接
电路原
理设计是整个电路设计的基础。通常,电路原理图设计包括以下几
个步骤。如图 1-16 所示。
1.新建项目文件。首先确定所要设计电路的具体实现方式,然后在集成开
发环境中新建项目文件和原理图文件,并进行原理图绘制。
2.设置原理图工作环境。主要根据所设计电路的复杂程度,确定在图纸的
大小,以及网格、光标及系统参数的设置等。
3.添加元件库。在 Protel DXP 2004 中提供了丰富的元件符号供设计者使
用。元件符号都是以库的形式进行存放,在绘图之前应将原理图中所要用到的
元件库加载到当前的原理库中。
4.放置元件。主要从元件库中选取需要的元器件,放置在图纸中,并进行
合理的布局,然后根据需要修改器件的名称、型号、封装等参数。
5.电气连接。根所实际的电路,将图纸中的元器件的引脚用具有电气意义
的导线连接起来,构成一张完整的电路原理图。一般绘图时可以使用导线连接,
也可以采用总线和网络标号进行连接。
6.原理图电气规则检查。对于建立的原理图文件,Protel DXP 2004 提供了
丰富的原理图电气规则检查功能,使用设计者可以根据错误报告来修改原理图。
7.输出报表。rotel DXP2004 提供了丰富的报表工具,设计者可以根据需
要输出各种形式的报表,可以生成网络表、元件清单以及对原理图进行打印输
出等操作。
二、PCB 设
计基础
电路设计的最终目的是为了制作电子产品,而电子产品的物理结构是通过印制电路板来
实现的。在电路原理图绘制后,接着是设计印制电路图,印制电路板简称为 PCB(Printed Circuit
Board)。Protel DXP 2004 为设计者提供了一个完整的 PCB 设计环境。即可以进行手动设计,
也可以全自动设计。设计的结果可以用多种形式输出。
(一)PCB 板的构成
Protel DXP 2004 设计出来的 PCB 板是以文件形式表述的,表现在制板上的实体主要包
括元件封装、导线、元件焊盘、过孔、PCB 安装孔、元件标注以及文字说明等,如图 1-17
所示。
文字标识
元件焊盘
安装孔
导线
元件封装
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图 1-17 PCB 样图
元件封装:在 PCB 中元件将以封装的形式出现,它对应着原理图中的元件符号。元件
封装是指实际元器件焊接到电路板上时所显示的外观和焊盘形状。
导线:又称为铜膜导线,这是敷铜板经过腐蚀加工后在 PCB 上的走线,用于连接各个
焊盘以及引脚,是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计很大一部分任务都是围绕如何
布置导线来进行的。
焊盘:焊盘是用焊锡将元件引脚与导线连接的焊点。焊盘是 PCB 设计中最重要的概念
之一。选择元件器件的焊盘类型要综合考虑元件器件的形状、大小、布置形式、振动、受热
受力情况等诸多因素。
过孔:也称为导孔,用于连接不同信号层的通道,当导线在某层受阻挡无法布线是,可
钻一个孔,并在孔壁上镀金属,通过该孔翻到另一个布线层,这就是过孔。
安装孔:用于固定制 PCB 板安装固定孔,可由过孔或焊盘进行相应设置而成。
元件标识以及文字说明:主要有元件编号、型号、印制电路的名称、版本号等说明性字
符。
(二)元件封装
在设计印制电路板时,要考虑安装该印制电路板的元件的数量、形状和尺寸。元件封装
就是实际元件焊接到电路板上时所示的外观和焊盘形状。实际上元件封装是一个空间概念,
严格来讲只要元件的外形寸尺相同,就可以选用同一个封装,当然,同种元件不同的外形尺
寸封装也就不同。所以在电路设计过程中,元件的选取很重要,不仅要知道元件名称,还应
该指定元件的封装,元件封装可以在设计原理图时指定。
元件封装形式可以分为两大类,即针脚式(DIP)元件封装和表面贴片式(SMT)元件
封装。
1.表面贴片式元件封装(SMT)
表面贴片式元件封装只限于安装在电路板的表面信号层,即顶层和底层。常用的表面贴
片式元件有小尺寸封装 SOP、塑料四边引出扁平封装 PQFP 和无引线芯片载体 LCC 等,如
图 1-18 所示。
图 1-18 常用表面帖片元件封装
2.常用元件封装
常用的分立元件封装有二极管类(DIODE0.4~DIODE0.7 )、电解电容
(RB-0.5~RB7.6-15)、无极性电容(RAD-0.3~RAD-0.4)、电 阻 类( AXIAL-0.3~AXIAL-1.0)、
这些常的元件封装都在应用广泛的“Miscellaneous Devices.IntLib”元件库中,常用元件封装
如图 1-19 所示。
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图 1-19 常用元件封装
在 Protel DXP 2004 为各种元器件提供了丰富的封装形式,按照元件封装的类别将它们
放置在不同的封装库中。
(三)电路板的层
Protel DXP 2004 的“层”不单指铜箔层,还有其他的类型层,如丝印层、内电层等。
Protel DXP 2004 所有的层可以分为以下 6 种类型。
1.信号层(Signal Layer):它是用于建立电气连接的铜箔层,共有 32 层,如 Top Layer、,
Mid Layer1~ Mid Layer1、Bottom Layer 等。
2.内部电源/地线层(Internal Planes):它是用于建立电源网络的铜箔层,共有 16 层,如
Internal Planel1~ Internal Planel16。
3.机械层(Mechanical Layer):用于放置与电路板机械特性的关的定位孔和说明等。如、
Mechanical1~ Mechanical16,通常只需要一个机械层。
4.掩膜层(Mask Layers):包括阻焊层和助焊层。阻焊层主要用于在导线周围设置保
护区,保护电路上不希望镀锡的地方被镀上锡。助焊层,主要用于光绘和丝印屏蔽工艺。
5.丝印层:主要用于印刷的上下表面印制标志图案、文字说明等,共两层:Top Overlay
(顶层丝印层)和 Bottom Overlay(底层丝印层)。
6.其他层:其他层包括放置焊盘、过孔及布线区域所用到的层。有钻孔导引层(Drill
Guide)、禁止布线层(Keep Out Layer)、多层(Multi-Layer)、钻孔图层(Drill Drawing)等。
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