電子線路CAD課件

1、2022-3-24psp20041l畫簡單的原理圖（SCH）*l學會創(chuàng)建SCH零件 *l對電路進行仿真分析（SIM）*l把原理圖轉換成電路板（PCB）* l對PCB進行自動布線 l學會創(chuàng)建PCB零件庫2022-3-24psp20042軟件：Protel 99 SE教材：Protel99SE電子線路設計教程第二版作者：姚四改 考核標準：聽課、實驗、小試學時： 40 （講授、實驗各半）2022-3-24psp20043l Protel 99 SE的組成和特點 SCH PCB SIM PLD l Protel 99 SE的安裝l系統(tǒng)參數(shù)的設置 2022-3-24psp20044 雙擊Protel 9

2、9SE 圖標，點擊File(文件)中new項，新建設計數(shù)據(jù)庫。 新建設計文件，有兩種方式：1.MS Access Database方式，全部文件存儲在單一的數(shù)據(jù)庫中。2.Windows File System方式，全部文件被直接保存在對話框底部指定的磁盤驅動器中的文件夾中，在資源管理器中可以直接看到所建立的原理圖或PCB文件。 2022-3-24psp200452022-3-24psp20046 在Browse選項中選取需要存儲的文件夾，然后點擊OK即可建立自己的設計數(shù)據(jù)庫1設計組（Design Team） 2回收站（ Recycle Bin） 3設計管理器（Documents） 2022-3

3、-24psp200472022-3-24psp20048Protel 99 SE包括許多設計例子，我們下面可以舉例說明。選 擇 文 件 打 開 菜 單 D e s i g n E x p l o r e r 99SEExample ，點擊photoplotter.ddb文件，左側窗口呈現(xiàn)樹狀結構。點呈現(xiàn)下一層子目錄或文件，點將關閉此文件夾點Photohead.pcb 文件，PCB版圖將出現(xiàn)，點Photohead.prj,原理圖管理文件將被打開。關閉文件，可以用鼠標右鍵，選擇Close也可以用CTRL+F4來關閉。 2022-3-24psp20049開Photoplotte.ddb設計數(shù)據(jù)庫，點

4、找到Electronics 和Photohead文件夾，打開Photohead P a r t s l i s t 設 計 窗 口 ， 用 同 樣 方 法 打 開Photohead.pcb文件和Photohead.prj文件。在Photohead Parts List窗口下?lián)羰髽擞益I，選擇Split Horizontal”菜單，界面將被水平分割。在Photohead.prj設計窗口下點右鍵，選Split Vertical 菜單。界面將被垂直分割可以用鼠標調整分割窗口的大小。要想分割更多的窗口，可重復上述操作。2022-3-24psp2004102022-3-24psp200411下面舉例說明：

5、打開LCD Controller.ddb設計文件，打開LCD Controller.prj原理圖設計窗口。我們看到許多綠色矩形框，叫做原理圖模塊，每一個原理圖模塊里包含一張圖紙，一個總的原理圖可以包含多個子原理圖。選擇“Design”下的“Create Sheet From Symbols “由符號生成圖紙，如果已經(jīng)畫好原理圖，選擇“Design”下的”Create Symbol Form Sheet”由圖紙生成符號。利用工具條上的點取輸入端口，可以在總的原理圖與子原理圖之間切換。 2022-3-24psp2004122022-3-24psp2004131.啟動原理圖設計系統(tǒng) 2.原理圖設計系

6、統(tǒng)環(huán)境的設置 設置圖紙 設置網(wǎng)格與光標 View視圖菜單的使用3.工具欄的打開與關閉 2022-3-24psp2004141.掛接、卸載元器件庫2.放置元器件方法 用菜單放置元器件 用元件庫管理器放置元器件 用工具欄放置元器件 2022-3-24psp200415編輯單個元件屬性 批量編輯元件屬性2022-3-24psp200416元件的移動 元件的選態(tài)與取消選態(tài)元件拷貝與剪切元件的陣列粘貼 元件的刪除 元件的排列與對齊2022-3-24psp2004172022-3-24psp200418放置節(jié)點 放置連接線 確定起始點和終止點，Protel 99 SE 就會自動地在原理圖上連線，從菜單上選

7、擇“Place/Wire”后，按空格鍵切換自動連線方式。觀察狀態(tài)欄就可以看出“Auto Wire”Protel 99 SE 自動連線、任意角度、45連線、90連線，使得設計者在設計時更加輕松自如。只要簡單地定義AutoWire方式。自動連線可以從原理圖的任何一點進行，不一定要從管腳到管腳。2022-3-24psp2004192022-3-24psp2004201 層次電路圖繪制方法 自頂向下層次電路圖設計方法 自底向上的層次電路圖設計方法 重復性層次圖設計方法 2022-3-24psp2004212022-3-24psp2004222022-3-24psp2004232022-3-24psp2

8、00424l方塊電路符及屬性l電路內部端口及屬性l一般端口及其屬性l總線及其屬性l總線分支線及其屬性 2022-3-24psp200425例：Design Explorer 99 SEExamplesZ80 Microprocessor .ddb2022-3-24psp200426l層次電路原理圖繪制l層次電路原理圖元件編號l建立層次關系 2022-3-24psp2004271. ERC報表 l電氣規(guī)則檢測ERC設置 lERC檢測報表 2022-3-24psp200428lERC報告管腳沒有接入信號：a.創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/O屬性；b.創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳

9、與線沒有連上；c.創(chuàng)建元件時pin方向反向，必須非pinname端連線。2022-3-24psp200429l元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件。l創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡表只能部分調入pcb：生成netlist時沒有選擇為global。l當使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時，千萬不要使用annotate.2022-3-24psp200430l設定產(chǎn)生網(wǎng)絡表的各種選項lProtel 原理圖網(wǎng)絡表格式l網(wǎng)絡表產(chǎn)生過程l原理圖網(wǎng)絡表的檢查2022-3-24psp2004314 交叉參考表 2022-3-24psp2004321 元件庫編輯器 l元件庫編輯器啟動l元件庫編輯器界面簡介 2022

10、-3-24psp200433l元件管理器l利用Tools菜單管理元件l查找元件l元件及元件庫報表 2022-3-24psp200434Protel99 SE可以對模擬和數(shù)字信號混合電路仿真。其仿真引擎與3F5完全兼容，支持所有標準的SPICE模型。它可以讓我們精確地仿真由各種器件，比如TTL、CMOS、BJT等構成的電路。 Protel中支持的電路分析類型有：靜態(tài)工作點分析，交流小信號分析，瞬態(tài)分析，付立葉分析，噪聲分析，直流分析，參數(shù)掃描分析，溫度掃描分析和蒙特卡羅分析。 2022-3-24psp200435 仿真的電路，必須滿足以下條件l 首先，必須用仿真庫中的器件（或用戶自己建的器件仿真

11、模型和器件符號）搭成電路;l 其次必須有激勵源；l 對所關心的節(jié)點建立網(wǎng)絡標號；l 如需要，設定初始條件。2022-3-24psp2004367.1.1 添加仿真庫 仿真庫在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb7.1.2 仿真庫的研究 2022-3-24psp200437l二極管模型 IS： 飽和電流 RS： 歐姆電阻 CJ0：零偏壓結電容TT： 渡越時間BV：反向擊穿電壓IBV：反向擊穿時電流2022-3-24psp200438 IS 飽和電流 BF 放大倍數(shù) ISE B-E漏飽和電流 BR 反向放大倍數(shù) ISC B-C漏飽和電流 RE 發(fā)射極電阻 R

12、C 集電極電阻 CJE B-E零偏壓結電容 CJC B-C零偏壓結電容 CJS(CCS) C-襯底結電容 2022-3-24psp200439Simulation symbols.lib7.2.1 直流仿真電源 2022-3-24psp200440屬性選項。lDC 直流分析幅度lAC 交流小信號分析時，幅度，通常為1VlAC Phase AC相位lOffset 偏置電壓2022-3-24psp200441lAmplitude 交流信號幅度lFrequency 頻率lDelay 延遲時間lDamping 阻尼因子lPhase 初始相位 l見圖sin.sch2022-3-24psp200442lD

13、C DC幅度（忽略)） lAC AC幅度（交流小信號分析時，通常為1V）lAC Phase 交流相位lInitial 初始電壓lPulsed 脈沖電壓值lTime Delay 延遲時間2022-3-24psp200443lRise Time 上升時間lFall Time 下降時間lPulse Width 脈沖寬度lPeriod 脈沖周期lPhase 脈沖相位l 在Protel99 SE中，脈沖電壓源為VPULSE; 脈沖電流源為IPULSE。 2022-3-24psp200444l分段線性源形中的每一點可由（Ti，Vi）描述，并且每一對值（Ti，Vi）表明信號源在時刻Ti的值。l在99SE中，

14、分段線性電壓源的名稱為VPWL，分段線性電流源名稱為IPWL。可在分段線性電壓源屬性對話框的Time/Voltage 區(qū)域中輸入各時刻所對應的電壓值。如是分段線性電流源則輸入各時刻所對應的電流值。lFile Name區(qū)域，用戶也可以通過文件輸入的方法給出分段線性電壓源的波形數(shù)據(jù)。此法對波形復雜、數(shù)據(jù)量大時使用。用戶只需把分段線性源的波形數(shù)據(jù)存于一個擴展名為.pwl的文件即可。 2022-3-24psp200445l7.3.1 節(jié)點電壓設置NS l7.3.2 初始條件設置IC 2022-3-24psp2004462022-3-24psp200447lRe交直流負反饋lCe發(fā)射極旁路電容，降低Re

15、 交流負反饋2022-3-24psp200448l7.5.1 顯示單個波形 l7.5.2 顯示測量光標 l7.5.3 波形局部放大 l7.5.4 插入新的波形單元格 l7.5.5 觀察該電路中其他節(jié)點信號 2022-3-24psp2004492022-3-24psp200450靜態(tài)工作點分析是其它各種仿真分析的基礎，一般而言，在進行各種分析之前，應首先分析其靜態(tài)工作點。此時，所有電感視為短路，所有電容視為開路，對于二極管或三極管的電路元件參數(shù)與其直流工作點有關，直流工作點也叫靜態(tài)工作點或偏置點。我們要看它的靜態(tài)工作點，只要運行仿真分析，點擊仿真界面下面的Operating Point選項，就可

16、彈出不同節(jié)點的靜態(tài)工作點電壓，在仿真界面的左側“Waveforms”中，選擇要看的節(jié)點，點擊“Show”，仿真界面就會顯示出選中點的靜態(tài)工作點電壓。 2022-3-24psp200451l 在瞬態(tài)分析中，被分析的變量是時間的函數(shù)，所得到的是電路時域分析響應。瞬態(tài)分析的仿真參數(shù)設置十分關鍵，如果設置不合理，將影響仿真分析，得不到仿真結果。付立葉分析是利用瞬態(tài)分析的輸出結果用離散形式表示出來。付立葉級數(shù)的系數(shù)可用前面提到的仿真設置中的公式計算得到。因此，付立葉分析要結合瞬態(tài)分析同時仿真，利用Protel99 SE就可輕松得到付立葉級數(shù)結果。2022-3-24psp200452l注意：在做付立葉分析

17、時，主菜單設置界面中的“Collect Date For”選項中通常選擇“Node Voltage and Supply Current”。2022-3-24psp200453例7.1 基本放大器的靜態(tài)工作點分析和時域(暫態(tài))分析1、添加仿真元件庫本例添加的仿真元件庫路徑在： Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb2022-3-24psp2004542、放置仿真元器件方法和繪制Sch原理圖一樣 3、放置電源或信號源方法1：用菜單SimulateSource下的命令 方法2：用仿真電源工具條中的命令(執(zhí)行菜單命令ViewToolbarsSimution So

18、urces命令來切換) 。本例用+12V的電源和10K、1mV的正弦信號。 2022-3-24psp200455例7.1 電路原理圖2022-3-24psp2004564、設置節(jié)點方法1、用PlaceNet Label命令；方法2、用畫線工具條中的Net命令(執(zhí)行菜單命令ViewToolbarsWrings Tools命令來切換)。 2022-3-24psp2004575、啟動仿真本例進行時域(暫態(tài))模擬，所以執(zhí)行SimulateSetup SimulatorTransient命令，即 2022-3-24psp2004586、進行仿真設置在上一步驟中彈出“時域分析對話框”： 2022-3-24

19、psp200459其中：Duration(s):指時域分析結果顯示的時間長度。一般顯示信號三、四個周期的波形比較合適。Display(s):指相鄰顯示點的時間間隔。Start(s):顯示起始時間，缺省為0。Run:單擊該按鈕，程序開始進行時域分析。最后得到仿真結果：2022-3-24psp2004602022-3-24psp200461直流掃描分析是使輸入源電壓從設定的初始值到終止值階梯狀改變，從而觀察所關心節(jié)點的直流傳輸特性曲線，也就是電路的直流轉移特性。如果分析一個三極管限幅器的限幅特性，利用直流掃描分析即可獲得。在此電路中，我們設置V2為主獨立源，在直流掃描對話框中輸入起始電壓，終止電壓

20、和步長，運行分析可以看到E、B、C三點的傳輸電壓。 2022-3-24psp200462交流小信號分析是在一定的工作頻率范圍內分析電路的頻率響應，被分析的變量是頻率的函數(shù)。在交流分析中，電路中必須有一個交流電源。在交流小信號設置菜單中設置起始頻率終止頻率（參考前面的仿真設置章節(jié)），運行分析就可得到頻率響應曲線。在選中的波形上點擊鼠標右鍵可以觀看輸出的虛部、實部，幅值（幅度或分貝數(shù)），相位（度或弧度）和群時延。同時，我們還可以利用Protel99 SE豐富的波形運算函數(shù)建立新的波形?？梢岳米髠葴y量標尺A、B測量波形。X軸可以是線性的也可以是對數(shù)的，Y軸是幅度。在此電路中我們可以測量出交流小信號

21、的主頻大約在10MHZ。 2022-3-24psp200463溫度掃描分析用來確定溫度漂移性能指標。我們只要簡單的設置溫度范圍，運行分析就可得到仿真結果。如果波形重疊在一起不容易觀測，可以調整X、Y軸比例，或用鼠標左鍵拉伸窗口放大顯示。2022-3-24psp200464參數(shù)掃描分析是在用戶指定的參數(shù)變化范圍內，分析對電路特性發(fā)生的影響。掃描的參數(shù)對于電阻是它的阻值變化范圍，對于三級管可以是放大倍數(shù)（BF）。參數(shù)分析通常與直流、交流或瞬態(tài)分析結合使用。 Protel 99 SE 參數(shù)掃描分析 ?2022-3-24psp200465如圖所示 17V0.1A 倍壓整流電路2022-3-24psp2

22、00466lTransient 分析，觀察Ui、Uo波形分析工作原理。l調整C1,C2為合理參數(shù),Uo輸出的谷值大于 17V。l 提示:C1,C2的值在200uF - 2000uF 之間選擇.2022-3-24psp200467噪聲源:電路中每個產(chǎn)生噪聲的元件都視為一個噪聲源,電路都會產(chǎn)生內部噪聲。在噪聲分析中，電容、電感和受控源視為無噪聲元件。輸出節(jié)點的總噪聲用每個噪聲源的噪聲電壓的均方根值相加得到。利用噪聲分析可以計算出噪聲增益及輸入等效噪聲電平。特別是對于設計微弱模擬信號放大器，噪聲分析是很有意義的。 2022-3-24psp200468傳遞函數(shù)用于觀測整個電路的直流輸入、輸出電阻和直流

23、增益。 2022-3-24psp200469l蒙托卡洛來自歐洲著名賭城Monte Carlo，后來就以通過隨機模擬和統(tǒng)計實驗來求解數(shù)學、物理和工程技術問題近似解的方法稱作蒙托卡洛方法。2022-3-24psp200470l在電路中，電阻、電容、電感等器件都存在誤差，碳膜電阻的相對誤差通常為10%，半導體器件的模型參數(shù)誤差達20%-25%。在容差分析中，做法之一就是先規(guī)定元件、電源或溫度的容差，計算電路的特性容差，以驗證是否符合設計要求。容差統(tǒng)計分析的方法之一就是蒙托卡洛分析。l在Protel99 SE中可以用三種形式觀看蒙托卡洛分析結果：均勻分布（Unifor）、高斯分布（Gaussian）、最壞情況分布（Worst Case）。 2022-3-2