1、1,目 录 第7章 自动布局与自动布线的基本步骤 7.1 任务一：学习自动布局与自动布线的基本步骤 7.1.1 电路板图设计流程 7.1.2 规划印制电路板 7.1.3 准备原理图 7.1.4 绘制电路板边界 7.1.5 导入数据,2,7.1.6 元器件自动布局7.1.7 手工调整布局7.1.8 自动布线规则介绍7.1.9 自动布线 7.2 任务二：自动布线中的单面板和双面板设置7.2.1 单面板设置7.2.2 双面板设置,3,背景 利用PCB编辑器的自动布局、自动布线功能可以方便地将原理图转换为印制电路板图。本章主要介绍自动布局、自动布线的基本步骤以及转换前对原理图的要求。,4,要点 规划电
2、路板 对原理图的要求 新建、打开PCB文件 绘制电路板图的物理边界和电气边界 将原理图数据导入到PCB文件中，介绍自动布局和自动布线规则 自动布局和布线的基本步骤 单面板与双面板的设置等,5,7.1 任务一：学习自动布局与自动布线的基本步骤 要求：绘制如图7-1-1所示的原理图，利用自动布局、自动布线方法将其转换为双面印制电路板图。 电路板尺寸：宽2000mil，高1200mil。,图7-1-1 可控多谐振荡器电路原理图,6,7,7.1.1 电路板图设计流程,图7-1-2 一般印制电路板图的设计流程,8,7.1.2 规划印制电路板 双面印制电路板所使用的工作层共有以下6层。 （1）顶层（Top
3、 Layer）：放置元器件、布线。 （2）底层（Bottom Layer）：布线，也可以放置元器件。 （3）顶层丝印层（Top Over Layer）：标注符号、文字等。 （4）机械层（Mechanical Layer）：绘制电路板物理边界以及其他一些尺寸标注等。 （5）禁止布线层（Keep-Out Layer）：绘制电路板电气边界。 （6）多层（Multi Layer）：放置焊盘。,9,7.1.3 准备原理图 （1）所有元器件都要有标号，而且不能重复不能为空。 （2）元器件之间使用导线连接，在具有总线结构的电路图中，总线、总线分支线、网络标号缺一不可。 （3）电源、接地符号绘制正确，连接正确
4、无遗漏。 （4）所有元器件都要有封装，而且封装要根据实际元器件确定。 7.1.4 绘制电路板边界 1设置当前原点 （1）在如图7-1-1所示的原理图所在的工程项目中新建一个PCB文件，并进行保存。,10,（2）显示原点标记。执行菜单命令“Tools”“Preferences”，系统弹出“Preferences”对话框单击对话框左侧“Protel PCB”前的“+”图标，使其变为“”单击“Protel PCB”文件夹下的“Display”选项在对话框右侧的“Show”区域中选中“Origin Marker（原点标记）”复选框单击“OK”按钮显示原点标记。,（3）设置当前原点。执行菜单命令“Edi
5、t”“Origin”“Set”或在“Utilities”工具栏中用鼠标左键单击“Set Origin（设置当前原点）”图标，如图7-1-3所示。,图7-1-3 单击“Set Origin”图标,11,（4）在工作窗口左下角的任意位置单击鼠标左键，则此点变为当前原点。当光标放在原点位置时，屏幕左下角的坐标值为0，0。 2绘制物理边界 （1）单击“Mechanical1 Layer”工作层标签，将Mechanical1 Layer设置为当前层。,（2）执行菜单命令“Place”“Line”或在“Utilities”工具栏中单击“Place Line”图标，如图7-1-4所示。,图7-1-4 单击“
6、Place Line”图标,12,（3）以当前原点为起点，按尺寸要求绘制物理边界（宽为2000mil，高为1200mil），如图7-1-5所示。,图7-1-5 绘制完成的物理边界,13,3绘制电气边界 （1）单击“Keep Out Layer”工作层标签，将Keep Out Layer设置为当前层。 （2）执行菜单命令“Place”“Line”或在“Utilities”工具栏中单击“Place Line”图标，如图7-1-4所示。,图7-1-6 绘制完成的物理边界和电气边界,（3）在物理边界内侧距物理边界20mil的位置绘制电气边界，如图7-1-6所示。 （4）单击“保存”图标，对文件进行保存
7、。,14,7.1.5 导入数据 （1）打开图7-1-1所示的原理图文件。,（2）执行菜单命令“Design”“Update PCB Document PCB1.PcbDoc”，其中，PCB1.PcbDoc是PCB文件的文件名，系统弹出如图7-1-7所示的“Engineering Change Order”对话框。,图7-1-7 “Engineering Change Order”对话框,15,（3）图7-1-7中列出了所有要加载到PCB文件中的元器件标号和网络连接。单击图7-1-7中的“Validate Changes”按钮，图7-1-7变为如图7-1-8所示。,图7-1-8 单击“Valid
8、ate Changes”按钮后的“Engineering Change Order”对话框,16,（4）在如图7-1-8所示的“Engineering Change Order”对话框中，检查后全部正确（如图7-1-8所示），进行下一步。 （5）单击图7-1-8中的“Execute Changes”按钮，将元器件和网络连接装入到PCB文件中。此时，“Engineering Change Order”对话框的“Done”一列中全部显示“”，说明所有元器件和网络连接均被装入PCB文件，如图7-1-9所示。,17,图7-1-9 单击“Execute Changes”按钮后的“Engineering
9、Change Order”对话框,18,（6）单击“Close”按钮，关闭“Engineering Change Order”对话框。此时，所有元器件封装均出现在PCB文件中，如图7-1-10所示。,图7-1-10 装入元器件后的PCB文件,19,7.1.6 元器件自动布局 1元器件布局规则介绍 执行菜单命令“Design”“Rules”，系统弹出“PCB Rules and Constraints Editor”对话框。,20,图7-1-11 “PCB Rules and Constraints Editor”对话框,21,1）Component Clearance（安全间距）规则 该规则用
10、于设置元器件、铜膜导线、过孔、焊盘等导电对象之间的最小间距。 在图7-1-11中，单击Placement下一级Component Clearance规则中的Component Clearance，如图7-1-12所示。,图7-1-12 选择Component Clearance规则,22,2）Component Orientations（元器件放置角度）规则 （1）在“PCB Rules and Constraints Editor”对话框的Component Orientations规则名上单击鼠标右键在弹出的快捷菜单中选择“New Rule”，则建立了一个新规则，如图7-1-13所示。,图
11、7-1-13 建立元器件放置角度新规则,23,（2）单击Component Orientations下一级新建的规则名，“PCB Rules and Constraints Editor”对话框的右侧显示Component Orientations规则设置画面，如图7-1-14所示。,图7-1-14 设置元器件放置角度规则,图7-1-14的“Where the First object matches”区域用于设置规则使用的范围，在Constraints区域设置旋转角度。,24,3）Permitted Layers（允许元器件放置工作层）规则 该规则用于设置允许元器件放置的电路板层。建立该规则
12、的方法同“2）”。,图7-1-15 设置允许元器件放置工作层规则,25,2本例的元器件布局规则设置 由于本例中的元器件都是针脚式封装，可以都放置在顶层（Top Layer），所以要在自动布局前设置Permitted Layer（允许元器件放置工作层）规则。设置方法是在图7-1-15中去掉“Bottom Layer”前的“”，设置完毕单击“OK”按钮即可。 3自动布局 执行菜单命令“Tools”“Component Placement”“Auto Placer”，弹出“Auto Place（自动布局方式设置）”对话框，如图7-1-16所示。,26,图7-1-16 “Auto Place（自动布局
13、方式设置）”对话框,27,（1）Cluster Placer：群集式布局方式。 （2）Statistical Placer：统计式布局方式。 本例中的元器件数目很少，所以选择群集式布局方式，如图7-1-16所示。 图7-1-18显示选中“Quick Component Placement”复选框进行快速布局后的群集式布局结果。,图7-1-18 群集式布局结果,28,7.1.7 手工调整布局 调整布局的两个基本原则： 就近原则：元器件之间的连线最短。 信号流原则：按信号流向布放元器件，以避免输入、输出、高低电平部分交叉成环。,图7-1-19 调整后的元器件布局,29,7.1.8 自动布线规则介绍
14、 执行菜单命令“Design”“Rules”系统弹出“PCB Rules and Constraints Editor”对话框，多数规则都在对话框左侧窗口中的“Routing”目录下，如图7-1-21所示。,30,图7-1-21 “PCB Rules and Constraints Editor”对话框,31,1与布线有关的设计规则 1）Width（布线宽度）规则 该规则用于设置布线时的导线宽度。可以设置不同网络、不同对象的布线宽度。 2）Routing Topology（布线的拓扑结构）规则 该规则用于设置由飞线生成的拓扑结构。 3）Routing Priority（布线优先级）规则 该规则
15、用于设置各布线网络的优先级（布线的先后顺序）。,32,4）Routing Layers（布线工作层）规则 该规则用于设置布线的工作层。 5）Routing Corners（布线拐角模式）规则 该规则主要用于设置布线时拐角的形状、拐角走线垂直距离的最小值和最大值。 6）Routing Via Style（过孔类型）规则 该规则用于设置过孔的外径（Diameter）和内径（Hole Size）的尺寸。 7）Fanout Control（扇出式布线）规则 该规则用于设置扇出式导线的形状、方向及焊盘、过孔的放置等。,33,2SMT规则 （1）SMD To Corner。SMD To Corner规则用
16、于设置SMD元器件焊盘与导线拐角之间的最小距离。 （2）SMD To Plane。SMD To Plane规则用于设置SMD与内层（Plane）的焊盘或过孔之间的距离。 （3）SMD Neck-Down。SMD Neck-Down规则用于设置SMD引出导线宽度与SMD元器件焊盘宽度之间的比值关系。,34,3Mask规则 （1）Solder Mask Expansion。Solder Mask Expansion规则用于设置阻焊层中焊盘的延伸量，即阻焊层中的焊盘孔径比焊盘大多少。 （2）Paste Mask Expansion。Paste Mask Expansion规则用于设置SMD焊盘的延伸
17、量，该延伸量是SMD焊盘与铜膜焊盘之间的距离。 4Plane规则 （1）Power Plane Connect Style。Power Plane Connect Style规则用于设置过孔或焊盘与电源层的连接方法。,35,4Plane规则 （1）Power Plane Connect Style。Power Plane Connect Style规则用于设置过孔或焊盘与电源层的连接方法。 （2）Power Plane Clearance。Power Plane Clearance规则用于设置电源层与穿过它的焊盘或过孔间的安全距离。 （3）Polygon Connect Style。Polyg
18、on Connect Style规则用于设置覆铜与焊盘之间的连接方法。 5Testpoint规则 （1）Minimum Annular Ring。Minimum Annular Ring规则用于设置最小环宽，即焊盘或过孔与其通孔之间的直径之差。,36,5Testpoint规则 （1）Minimum Annular Ring。Minimum Annular Ring规则用于设置最小环宽，即焊盘或过孔与其通孔之间的直径之差。 （2）Acute Angle。Acute Angle规则用于设置具有电气特性的导线与导线之间的最小夹角。 （3）Hole Size。Hole Size规则用于焊盘孔径设置。
19、（4）Layer Paris。Layer Paris规则用于设置是否允许使用板层对。,37,7.1.9 自动布线 1对选定网络进行布线 在“Auto Route”菜单中选择“Net”命令，光标变成十字形。移动光标到某网络的其中一条飞线上，单击鼠标左键，对这条飞线所在的网络进行布线。,图7-1-43 对选定网络进行布线后的效果,38,2对选定飞线（连接）进行布线 在“Auto Route”菜单中选择“Connection”命令，光标变成十字形，移动光标到要布线的飞线上，单击鼠标左键，仅对该飞线进行布线，而不是对该飞线所在的网络布线。,图7-1-44 对一条选定飞线进行布线的效果,39,3对选定区
20、域进行布线 在“Auto Route”菜单中选择“Area”命令，光标变成十字形，按住鼠标左键，拖动出一个矩形区域。在图7-1-45中，该区域包括R1、C1、C2和R2四个元件，在矩形的另一对角线位置单击鼠标左键，系统自动对这个区域进行布线。,图7-1-45 对选定区域进行布线的效果,40,4对选定元器件进行布线 在“Auto Route”菜单中选择“Component”命令，光标变成十字形，移动光标到要布线的元器件（如U1）上，单击鼠标左键，可以看到与U1有关的导线已经布完。,图7-1-46 对选定元器件进行布线的效果,41,5全局布线 在“Auto Route”菜单中选择“All”命令，可
21、对整个电路板进行自动布线。执行该命令后，系统弹出如图7-1-47所示的“Situs Routing Strategies”对话框。,42,图7-1-47 “Situs Routing Strategies”对话框,43,单击“Route All”按钮，弹出布线情况列表，如图7-1-48所示。,图7-1-48 布线情况列表,44,关闭如图7-1-48所示的对话框后，系统显示全局布线效果，如图7-1-49所示。,图7-1-49 全局布线效果,45,6拆线 如果对布线的效果不满意，可以利用系统提供的拆线功能将布线拆除，重新调整元器件位置后再布线。 执行菜单命令“Tools”“Un-Route”，下一
22、级子菜单中的命令即为各种拆线命令。 常用拆线命令如下。 All：拆除全部布线。 Net：拆除指定网络布线。 Connection：拆除指定连接布线。 Component：拆除指定元器件布线。,46,7.2 任务二：自动布线中的单面板和双面板设置 7.2.1 单面板设置 要求：将在7.1节中完成的双面板设计改为单面板，其他要求不变。 1单面板所需的工作层 Top Layer（顶层）：放置元器件。 Bottom Layer（底层）：布线，也可以放置元器件。 Top Over Layer（顶层丝印层）：标注符号、文字等。,47,Mechanical Layer（机械层）：绘制电路板物理边界。 Kee
23、p Out Layer（禁止布线层）：绘制电路板电气边界。 Multi Layer（多层）：放置焊盘。 2单面板布线设置 （1）执行菜单命令“Design”“Rules”，系统弹出“PCB Rules and Constraints Editor”对话框。,48,（2）在“PCB Rules and Constraints Editor”对话框左边窗口中选择“Routing Layers”下面的Routing Layers规则，在右边窗口的“Enabled Layers”区域中去掉“Top Layer”右侧的。 （3）单击“OK”按钮，继续执行自动布线操作即可。,图7-2-1 设置单面板布线,49,7.2.2 双面板设置 系统默认的设置即为双面板，如果曾经改变过Routing Layers规则的设置，再重新设置为双面板，则在图7-2-1中同时选中Top Layer和Bottom Layer后，再进行自动布线的操作。,
