第9章Proteus ARES的PCB設(shè)計(jì)_1

1、第9章 Proteus ARES的PCB設(shè)計(jì)v9.1 Proteus ARES編輯環(huán)境9.1.1 Proteus ARES工具箱圖標(biāo)按鈕9.1.2 Proteus ARES菜單欄v9.2 印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)流程v9.3 為元件指定封裝v9.4 元件封裝的創(chuàng)建9.4.1 放置焊盤9.4.2 分配引腳編號(hào)9.4.3 添加元件邊框v9.5 網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)入v9.6 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置9.6.1 設(shè)置電路板的工作層9.6.2 環(huán)境設(shè)置9.6.3 柵格設(shè)置9.6.4 路徑設(shè)置v9.7 編輯界面設(shè)置 9.7.4 元件封裝保存v9.8 布局與調(diào)整9.8.1 自動(dòng)布局9.8.2 手工布局9.8.3 調(diào)整元件標(biāo)注v

2、9.9 設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置9.9.1 設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則9.9.2 設(shè)置默認(rèn)設(shè)計(jì)規(guī)則v9.10 布線9.10.1 手工布線9.10.2 自動(dòng)布線9.10.3 自動(dòng)整理v9.11 設(shè)計(jì)規(guī)則檢測v9.12 后期處理及輸出9.12.1 PCB敷銅9.12.2 PCB的三維顯示9.12.3 PCB的輸出v9.13 多層PCB電路板的設(shè)計(jì)vProteus不僅可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)原理圖設(shè)計(jì)、混合模式SPICE仿真，還可以進(jìn)行PCB(Printed Circuit Board)系統(tǒng)特性設(shè)計(jì)以及手動(dòng)、自動(dòng)布線，以此來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本章將舉例(以SAMPLESSchematic & PCB LayoutCp

3、u.DSN為例)講述怎樣針對一個(gè)完成了的原理圖進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。內(nèi)容基本按照PCB的設(shè)計(jì)順序來安排。v基于高性能網(wǎng)表的ARES PCB(ARES，Advanced Routing and Editing Software)設(shè)計(jì)軟件完全補(bǔ)足了ISIS。ARES PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)具有32位數(shù)據(jù)庫，能夠進(jìn)行元件自動(dòng)布局、撤銷和重試的，具有自動(dòng)布線功能的超強(qiáng)性能的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其自動(dòng)布局和自動(dòng)布線工具使PCB的設(shè)計(jì)盡可能地簡便，復(fù)雜的工作盡量都由計(jì)算機(jī)來完成。同時(shí)，ARES也支持手動(dòng)布線，系統(tǒng)限制相對較少。ARES PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：有16個(gè)銅箔層，2個(gè)絲印層和4個(gè)機(jī)械層

4、；能夠?qū)⒃M(jìn)行任意角的布置；在放置元件時(shí)能夠自動(dòng)生成飛線(Ratsnest)和力向量；具有理想的基于網(wǎng)表的手工布線系統(tǒng)；物理設(shè)計(jì)規(guī)則檢測功能可以保證設(shè)計(jì)的完整性；具有超過1000種標(biāo)準(zhǔn)封裝的元件庫；具有完整的CADCAM輸出以及嵌板工具；當(dāng)用戶修改了原理圖并重新加載網(wǎng)表，ARES將更新相關(guān)聯(lián)的元件和連線。同理，ARES中的變化也將自動(dòng)地反饋到原理圖中。運(yùn)行“開始”“程序”“Proteus 7 Professional”“ARES 7 Professional”，出現(xiàn)如圖9-1所示的Proteus ARES編輯環(huán)境。點(diǎn)狀的柵格區(qū)域?yàn)榫庉嫶翱?，左上方為預(yù)覽窗口，左下方為元器件列表區(qū)，即對象選擇器

5、。其中，編輯窗口用于放置元器件，進(jìn)行連線等；預(yù)覽窗口可顯示選中的元件以及編輯區(qū)。同Proteus ISIS編輯環(huán)境相似，在預(yù)覽窗口中有兩個(gè)框，藍(lán)框表示當(dāng)前頁的邊界，綠框表示當(dāng)前編輯窗口顯示的區(qū)域。在預(yù)覽窗口上單擊，并移動(dòng)鼠標(biāo)指針，可以在當(dāng)前頁任意選擇當(dāng)前編輯窗口。下面分類對編輯環(huán)境作進(jìn)一步介紹。9.1 Proteus ARES編輯環(huán)境9.1.1 Proteus ARES工具箱圖標(biāo)按工具箱圖標(biāo)按鈕鈕Proteus ARES編輯環(huán)境當(dāng)中提供了很多可使用的工具，如圖9-1左側(cè)所示，選擇相應(yīng)的工具箱圖標(biāo)按鈕，系統(tǒng)可提供相應(yīng)的操作工具。圖9-1 Proteus ARES編輯環(huán)境圖9-1 Proteus

6、ARES編輯環(huán)境 (1) 放置和布線工具按鈕Selection按鈕 ：光標(biāo)模式，可選擇或編輯對象。Component按鈕 ：放置和編輯元件。Package按鈕 ：放置和編輯元件封裝。Track按鈕 ：放置和編輯導(dǎo)線。Via按鈕 ：放置和編輯過孔。Zone按鈕 ：放置和編輯敷銅。Ratsnest按鈕 ：輸入或修改連線。Connectivity Highlight按鈕 ：以高亮度顯示連接關(guān)系。(2) 焊盤類型圖標(biāo)按鈕Round Through-hole Pad按鈕 ：放置圓形通孔焊盤。Square Through-hole Pad按鈕 ：放置方形通孔焊盤。DIL Pad 按鈕 ：放置橢圓形通孔焊盤

7、。Edge Connector Pad按鈕 ：放置板插頭(金手指)。Circular SMT Pad按鈕 ：放置圓形單面焊盤。Rectangular SMT Pad按鈕 ：放置方形單面焊盤，具體尺寸可在對象選擇器中選。Polygonal SMT Pad按鈕 ：放置多邊形單面焊盤。Padstack按鈕 ：放置測試點(diǎn)。 (3) 二維圖形(2D graphics)模式圖標(biāo)按鈕2D Graphics Line按鈕 ：直線按鈕，用于繪制線。2D Graphics Box按鈕 ：方框按鈕，用于繪制方框。2D Graphics Circle按鈕 ：圓形按鈕，用于繪制圓。2D Graphics Arc按鈕 ：

8、弧線按鈕，用于繪制弧線。2D Graphics Closed Path按鈕 ：任意閉合形狀按鈕，用于繪制任意閉合圖形。2D Graphics Text按鈕 ：文本編輯按鈕，用于插入各種文字說明。2D Graphics Symbols按鈕 ：符號(hào)按鈕，用于選擇各種二維符號(hào)元件。2D Graphics Markers按鈕 ：標(biāo)記按鈕，用于產(chǎn)生各種二維標(biāo)記圖標(biāo)。Dimension按鈕 ：測距按鈕，用于放置測距標(biāo)識(shí)。9.1.2 Proteus ARES菜單欄菜單欄Proteus ARES主菜單欄如圖9-2所示。圖9-2 Proteus ARES菜單欄各菜單說明如下。“文件”菜單用于新建、保存、導(dǎo)入文件

9、等?！拜敵觥辈藛斡糜趯⒃O(shè)計(jì)好的PCB文件輸出到圖紙或保存為其他格式的文件?！安榭础辈藛斡糜诓榭唇缑嬖丶翱s放視圖等?！熬庉嫛辈藛斡糜诔蜂N或重復(fù)操作、復(fù)制粘貼元件、新建及編輯元件。圖9-2 Proteus ARES菜單欄 “庫”菜單用于從庫中選擇元件/圖形或?qū)⒃?圖形保存到庫。“工具”菜單提供了多個(gè)用于對元件/圖形元素進(jìn)行調(diào)整和編輯的命令，如自動(dòng)軌跡選擇、自動(dòng)元件名管理、自動(dòng)布線、斷線檢查等。“系統(tǒng)”菜單提供了多個(gè)屬性設(shè)置命令，如設(shè)置層顏色、環(huán)境設(shè)置、板層設(shè)置、模板設(shè)置、繪圖設(shè)置等?！皫椭辈藛翁峁┝吮姸鄮椭鷥?nèi)容和條目，讀者在學(xué)習(xí)過程中遇到問題時(shí)，可從中查找相應(yīng)的解決方法。9.2 印制電路板印

10、制電路板(PCB)設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程印制電路板設(shè)計(jì)的一般步驟如下：1. 繪制原理圖這是電路板設(shè)計(jì)的先期工作，主要是完成原理圖的繪制，包括生成網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然，有時(shí)也可以不進(jìn)行原理圖的繪制，而直接進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)。原來用于仿真的原理圖需將信號(hào)源及測量儀表的接口連上適當(dāng)?shù)倪B接器。另外，要確保每一個(gè)元器件都帶有封裝信息。2. 規(guī)劃電路板在繪制印制電路板之前，用戶要對電路板有一個(gè)初步的規(guī)劃，比如說電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板(單面板、雙面板或多層板)，各元件采用何種封裝形式及其安裝位置等。這是一項(xiàng)極其重要的工作，是確定電路板設(shè)計(jì)的框架。 3. 設(shè)置參數(shù)參數(shù)的設(shè)置是電路板設(shè)計(jì)中非常重要的步驟。設(shè)

11、置參數(shù)主要是設(shè)置元件的布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等。一般說來，有些參數(shù)采用其默認(rèn)值即可。4. 裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝網(wǎng)絡(luò)表是電路板自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)與印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的接口，因此這一步也是非常重要的環(huán)節(jié)。只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入之后，才可能完成對電路板的自動(dòng)布線。元件的封裝就是元件的外形，對于每個(gè)裝入的元件必須有相應(yīng)的外形封裝，才能保證電路板設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。 5. 元件的布局元件的布局可以讓軟件自動(dòng)布局。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，用戶可以讓程序自動(dòng)裝入元件，并自動(dòng)將元件布置在電路板邊框內(nèi)。當(dāng)然，也可以進(jìn)行手工布局。元件布局合理后，才能進(jìn)行下一步的布線工作。6. 自動(dòng)布線如果相關(guān)的參數(shù)

12、設(shè)置得當(dāng)，元件的布局合理，自動(dòng)布線的成功率幾乎是100% 7. 手工調(diào)整自動(dòng)布線結(jié)束后，往往存在令人不滿意的地方，需要手工調(diào)整。8. 文件保存及輸出完成電路板的布線后，保存完成的電路線路圖文件。然后利用各種圖形輸出設(shè)備，如打印機(jī)或繪圖儀輸出電路板的布線圖。 9.3 為元件指定封裝為元件指定封裝為正確完成PCB設(shè)計(jì)，原理圖的每一個(gè)元件，必須帶有封裝信息。在ISIS軟件中添加元器件時(shí)，多數(shù)已自動(dòng)為元件配置了一個(gè)封裝，但這個(gè)封裝并不一定很適合你的設(shè)計(jì)。另外，有部分元件可能沒有封裝信息，因此就需要重新為元件添加合適的封裝。下面以SAMPLESSchematic & PCB LayoutCpu.

13、DSN(如圖9-3所示)中元件C1為例來說明。圖9-3 原理圖Cpu.DSN打開C1的屬性對話框，如圖9-4所示。單擊“PCB Package”后面的按鈕，打開封裝選擇對話框(前提是已經(jīng)安裝了ARES)，如圖9-5所示。把“Keywords”中內(nèi)容刪掉，在右邊封裝列表中選擇一個(gè)合適的內(nèi)容，單擊“OK”按鈕完成。圖9-4 元件屬性對話框圖9-5 封裝選擇對話框采用同樣的方法，對原理圖中所有元件定義或修改封裝信息。調(diào)整好元件的封裝后，選擇菜單【Tools】【Netlist Compiler】，接著打開“Netlist Compiler”設(shè)置對話框，上面的設(shè)置保持默認(rèn)就行了，單擊“OK”生成網(wǎng)表文件

14、。 9.4 元件封裝的創(chuàng)建元件封裝的創(chuàng)建系統(tǒng)提供的封裝庫包含了較豐富的內(nèi)容，有通用的IC、三極管、二極管等大量的穿孔元件封裝庫，有連接器類型封裝庫，還有包含所有分立元器件和集成電路的SMT類型封裝庫。但是對于系統(tǒng)元件庫中沒有的封裝，就需要自行創(chuàng)建新的元件封裝。下面以如圖9-6所示封裝為例，來介紹元件封裝的創(chuàng)建方法。 圖9-6 八段LED數(shù)碼顯示器封裝及安裝尺寸(單位：th)9.4.1 放置焊盤放置焊盤(1) 在Proteus ISIS編輯環(huán)境下，選擇【Tools】【Netlist to ARES】(“Alt+A”)，或是單擊ARES圖標(biāo)，進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)軟件ARES界面。當(dāng)然也可以直接運(yùn)行Pro

15、teus ARES，進(jìn)入其編輯界面。(2) 在ARES窗口左側(cè)的工具箱中選擇“Square Through-hole Pad”圖標(biāo)，這時(shí)對象選擇器中列出了所有正方形焊盤的內(nèi)徑和外徑尺寸，這里選擇S-70-30(其中S表示正方形焊盤，70為其外徑尺寸，30為其內(nèi)徑尺寸)，將其擺放于原點(diǎn)處，作為引腳1的焊盤。單擊列表框上面的，彈出如圖9-7所示對話框，設(shè)置完成后單擊“OK”，可建立新的焊盤；選中列表中其中一焊盤尺寸，單擊按鈕，彈出如圖9-8所示對話框，可對選中的焊盤進(jìn)行修改。圖9-7 創(chuàng)建新焊盤對話框 圖9-8 修改方形焊盤對話框(3) 在ARES窗口左側(cè)的工具箱中選擇“Round Through

16、-hole Pad”圖標(biāo)，在坐標(biāo)(150，0)處單擊擺放焊盤C-70-30。(4) 單擊工具欄，切換為光標(biāo)操作，再單擊放置的圓形焊盤使其處于選中狀態(tài)，選擇【Edit】【Replicate】菜單項(xiàng)，彈出復(fù)制對話框，具體設(shè)置如圖9-9所示。在圖9-9中，“X-Step”為X方向步進(jìn)尺寸，這里設(shè)置為150th；“Y-Step”為Y方向步進(jìn)尺寸，這里設(shè)置為0；“No. of Copies”為復(fù)制的數(shù)目，這里選為3個(gè)；“Re-Annotation”為重新標(biāo)注設(shè)置，當(dāng)復(fù)制元器件時(shí)使用此項(xiàng)，如果設(shè)為1，可使復(fù)制的元件標(biāo)注增1。單擊“OK”后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)制出兩個(gè)圓形焊盤，在第一個(gè)圓形焊盤的基礎(chǔ)上以此間距150t

17、h，如圖9-10所示。 圖9-9 復(fù)制對話框 圖9-10 復(fù)制焊盤 (5)單擊最右側(cè)的圓形焊盤，使其被選中，選擇【Edit】【Replicate】菜單項(xiàng)，彈出“Replicate”對話框，“X-Step”設(shè)為0，“Y-Step”設(shè)為800th，“No. of Copies”設(shè)為1，單擊“OK”按鈕，擺放右上角焊盤，如圖9-11所示。圖9-11 復(fù)制出右上角焊盤(a) Replicate對話框 (b) 復(fù)制出左上角的四個(gè)焊盤圖9-12 放置上面左邊的焊盤v (6) 按照同樣的方法選中圖9-11中右上角焊盤，選擇【Edit】【Replicate】菜單項(xiàng)，按照圖9-12(a)設(shè)置“Replicate

18、”對話框，即可復(fù)制出上面左邊的四個(gè)焊盤，如圖9-12(b)所示。圖9-13 編輯引腳編號(hào)對話框 圖9-14 分配好編號(hào)的焊盤 v9.4.2 分配引腳編號(hào)分配引腳編號(hào)如圖9-12所示，放置焊盤之后，各個(gè)引腳沒有編號(hào)，下面為各引腳分配編號(hào)。(1) 右鍵單擊方形焊盤，選擇快捷菜單中的“Edit Properties”選項(xiàng)，彈出“Edit Single Pin”對話框，按如圖9-13進(jìn)行設(shè)置。其中，“Layers”表示所在的層，“Style”表示焊盤類型，“Relief”為熱風(fēng)焊盤尺寸，“Net”為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，“Number”為引腳標(biāo)號(hào)，“Lock Position”為鎖定位置。(2) 單擊“OK”按鈕，完成第一個(gè)引腳的編號(hào)分配。(3) 按照同樣方法，為其他引腳分配編號(hào)。分配好編號(hào)的焊盤如圖9-14所示。9.4.3 添加元件邊框添加元件邊框v完成了焊盤的放置，接著需要為元件添加邊框。v(1) 在ARES工具欄中選中 ，并將左下角當(dāng)前層設(shè)為絲印層 ，在編輯區(qū)內(nèi)按照圖9-6所示尺寸畫一個(gè)元件邊框，如圖9-15所示。圖9-15 添加絲印層邊框 v注意：編輯區(qū)的下方，中間是X方向坐標(biāo)，v靠右邊是Y方向坐標(biāo)。v(2