内容简介
本书以Mentor Graphics PADS VX.2为基础,以具体电路为范例,详尽讲解元器件建库、原理图设计、布局、布线、CAM文件输出等PCB设计的全过程。原理图设计采用DX Designer集成管理环境,讲解元器件符号的创建、元件管理及原理图设计;PCB设计采用PADS软件,详尽讲解元器件建库、PCB布局、布线;输出采用CAM350软件,进行导出与校验等。此外,为了增加可操作性,本书附有电子资源包,其中的相关范例可以使读者尽快掌握这套软件工具并能设计出高质量的PCB。
作者简介
周润景教授,中国电子学会高级会员,IEEE/EMBS会员,国家自然科学基金项目"高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化”等多项*家级、省部级科研项目负责人,主要从事模式识别与智能系统、控制工程的研究与教学工作,具有丰富的教学与科研经验。
目录
第1章 PADS DX Designer基础
1.1 DX Designer简介
1.2 DX Designer的操作环境
1.3 DX Designer的基本操作
1.4 新建原理图设计项目
1.5 设置
第2章 元件库的创建与管理
2.1 DX Designer元件库概述
2.2 配置元件库
2.3 DX Designer的元件类型及属性
2.4 创建元件符号
2.5 配置PADS Databook
习题
第3章 电路原理图绘制
3.1 DX Designer原理图设计准备
3.2 添加元件
3.3 编辑元件
3.4 网络和总线
3.5 增加或删除图纸
3.6 设计规则检查(DRC)
习题
第4章 PCB预处理
4.1 元件属性
4.2 生成参考标识(REFDES)
4.3 元件清单(PartList)
4.4 Room和Cluster
4.5 约束设置
4.6 PADS DX Designer原理图与PADS Layout的连接
习题
第5章 PADS Layout的属性设置
5.1 PADS Layout界面介绍
5.2 “设置启动文件”功能简介
5.3 PADS Layout的菜单
5.3.1 “文件”菜单
5.3.2 “编辑”菜单
5.3.3 “查看”菜单
5.3.4 “设置”菜单
5.3.5 “工具”菜单
5.3.6 “帮助”菜单
5.4 PADS Layout与其他软件的链接
习题
第6章 定制PADS Layout环境
6.1 “选项”参数设置
6.2 “设置”参数设置
6.2.1 设置焊盘栈参数
6.2.2 设置“钻孔对”参数
6.2.3 设置“跳线”参数
6.2.4 设置“设计规则”参数
6.2.5 设置“层”参数
6.2.6 设置原点
6.2.7 设置显示颜色
习题
第7章 PADS Layout的基本操作
7.1 视图控制方法
7.2 PADS Layout 的4种视图模式
7.3 无模式命令和快捷键
7.4 循环选择(Cycle Pick)
7.5 过滤器基本操作
7.6 元器件基本操作
7.7 绘图基本操作
第8章 元器件类型及库管理
8.1 PADS Layout的元器件类型
8.2 “封装编辑器”(Decal Editor)界面简介
8.3 封装向导
8.4 不常用元器件封装举例
8.5 建立元器件类型
8.6 库管理器
习题
第9章 布局
9.1 布局前的准备
9.2 布局应遵守的原则
9.3 手工布局
习题
第10章 布线
10.1 布线前的准备
10.2 布线的基本原则
10.3 布线操作
10.4 控制鼠线的显示和网络颜色的设置
10.5 自动布线器的使用
习题
第11章 覆铜及平面层分割
11.1 覆铜
11.2 平面层(Plane)
习题
第12章 自动标注尺寸
12.1 自动标注尺寸模式简介
12.2 尺寸标注操作
第13章 工程修改模式操作
13.1 工程修改模式简介
13.2 ECO工程修改模式操作
13.3 比较和更新
习题
第14章 设计验证
14.1 设计验证简介
14.2 设计验证的使用
习题
第15章 定义CAM文件
15.1 CAM文件简介
15.2 光绘输出文件的设置
15.3 打印输出
15.4 绘图输出
习题
第16章 CAM输出和CAM Plus
16.1 CAM350用户界面介绍
16.2 CAM350的快捷键及D码
16.3 CAM350中Gerber文件的导入
16.4 CAM的排版输出
16.5 CAM Plus的使用
前言/序言
随着电路设计规模的不断扩大及高速电路越来越广泛的使用,普通的EDA设计工具已经不能满足日益缩短的产品设计周期和复杂电路功能的要求。PADS软件基于PC平台开发,完全符合Windows操作习惯,具有高效率的布局、布线功能,是解决复杂的高速高密度互连问题的理想平台。
Mentor Graphics公司已经推出PADS软件(原PowerPCB)的最新版本PADS VX.2。PADS软件因其功能强大且易于使用,而受到全球电路设计者的信赖,被广泛应用在不同领域的电子产品设计中。为了使广大的电路设计者能够对PADS的最新功能有一个初步了解和认识,加强对PADS高级应用功能的了解和掌握,特编写这本PADS技术培训教材,包括DX Designer、PADS Layout、CAM350三个部分,共16章。
该书介绍的PCB设计工具包含以下模块。
(1)原理图设计(DX Designer):Mentor Graphics公司主推的原理图输入工具,是一款界面友好、方便快捷的原理图输入与原理图元件符号编辑工具,与各种PCB设计工具的接口良好,兼容性强,既可方便地导入第三方PCB工具设计的原理图文档,也可将DX Designer设计的原理图导出到其他PCB设计工具中。
(2)PCB库元件编辑工具:可简便、直观、快速、准确地编辑各种标准与非标准封装库文件。在PADS VX.2版本中PADS Decal Wizard (封装向导)工具增强,通过输入参数建立封装,自动建立焊盘栈、器件外形框以及阻焊、钢网,产生的封装基于IPC-7351B标准。
(3)PCB设计、布线工具:手工布线与自动布线具有推挤布线,支线、总线布线,差分对、等长、均匀间隔布线等功能。自动布线具有很高的布线速度、布通率和布线质量,可以保证信号完整性和电磁兼容性。新版本中PADS Layout和Router的同步功能更加方便与完善,并且两者环境可以自由切换,使操作更加简便;PADS Layout 过去忽略差分间距,现在差分网络作为线与线之间的间距来处理。设计验证将会报告任何违反线与线间距的问题,避免误报线与线的间距冲突;新版本增加了输出ODB++,为首选的制造输出文档;同时,Layout可输出为PDF,输出的PDF支持搜索元件参考位号、引脚号、属性标签,可建立书签,支持自定义输出方案,并可复用,支持装配变量;此外,新版本的DXF导出功能增强,Flat DXF可以让用户自己选择数据输出,这样Flat DXF可给出更小、更易管理的文件,DXF更易集成到机械。同时增加了走线与焊盘上显示网络名的功能,使得工程师在布线过程中更容易掌握走线规则;此外,ECO(工程变更)更新功能以及差分对布线功能也都得到了很大的改进。
(4)报表生成CAM350:可以生成完善齐全的报表,输出加工PCB所需的文档。
本书共16章,由周润景、邵绪晨编著。其中,邵绪晨编写第5章,其余的章节由周润景编写,全书由周润景统稿、定稿。另外,参加本书编写的还有刘波、韩亦俍、刘艳珍、刘白灵、王洪艳、姜攀、托亚、贾雯、何茹、张红敏、张丽敏、周敬、宋志清。
本书的出版得到了Mentor Graphics公司的大力支持,在此表示感谢!
由于作者水平有限,加之时间仓促,书中错误和不妥之处在所难免,恳请读者批评指正。
编著者
DX Designer & PADS 原理图及PCB设计——深入探索电子设计自动化(EDA)的奥秘 本书并非一本简单的操作手册,而是旨在引领读者深入理解并掌握DX Designer与PADS这两款业界领先的电子设计自动化(EDA)工具。我们将超越表面的功能罗列,深入剖析其背后的设计理念、工作流程以及在实际项目开发中的应用策略。本书将为初学者奠定坚实的基础,为有经验的设计师提供进阶的视野,最终帮助您成为一名高效、专业的电子产品设计师。 第一章:电子设计自动化(EDA)概述与DX Designer/PADS定位 在正式开始DX Designer和PADS的学习之前,我们首先需要建立一个宏观的认识。本章将带领您走进EDA的世界,理解其在现代电子产品研发中的核心地位,以及EDA工具链的演变和发展趋势。我们将探讨EDA软件如何改变了电路设计的流程,从手工绘制原理图到如今的自动化布局布线,以及其对产品创新速度和质量提升的巨大作用。 接着,我们将聚焦于DX Designer和PADS。您将了解到这两款软件各自的特点、优势以及它们在不同应用场景下的定位。DX Designer,作为一款强大的原理图设计工具,以其直观的用户界面、灵活的库管理和强大的逻辑校验功能而著称,是构建复杂电子系统蓝图的关键。PADS,则是一款集成了PCB布局、布线、制造输出等一系列强大功能的工具,它将原理图的逻辑转化为实际的电路板设计,并最终生成可供制造的文件。我们将探讨它们之间的协同工作方式,理解它们如何构成一个无缝的电子设计流程。 本章还将简要介绍EDA软件发展的历史,以及DX Designer和PADS在其中的发展轨迹,帮助读者理解这些工具为何能够成为行业标准。我们将强调,掌握这些工具不仅仅是学习软件操作,更是学习一种先进的设计思维和工程方法。 第二章:DX Designer 原理图设计核心概念与基础操作 本章将是您深入理解DX Designer的起点。我们将从最基础的层面开始,逐步建立起您对原理图设计流程的认知。 项目管理与库的建立: 任何设计都始于一个清晰的项目框架。我们将详细讲解如何创建和管理DX Designer项目,包括项目文件的组织、工作空间的设置以及版本控制的初步概念。一个高效的库管理是原理图设计的基石。我们将深入讲解如何创建、组织和维护元器件库,包括符号库、封装库和属性库。重点将放在如何创建符合设计规范的、可复用的元器件,以及如何有效地检索和调用库中的元器件。 原理图编辑基础: 掌握了库,我们就可以开始绘制原理图了。本章将详细讲解DX Designer的绘图工具,包括导线、总线、端口、标记等基本元素的绘制和使用。我们将重点讲解如何规范地连接元器件,如何使用差分对、信号类型等高级功能来提高设计质量。 逻辑连接与层次化设计: 复杂的电子系统往往需要采用模块化的设计方法。我们将深入探讨DX Designer的层次化设计理念,讲解如何创建子原理图,如何使用端口和总线在不同层次之间进行连接,从而有效地管理复杂的设计。理解逻辑连接的正确性是确保电路功能实现的关键。我们将重点讲解线名、总线名、全局信号等概念,以及如何利用DX Designer的逻辑校验功能来提前发现潜在的设计错误。 元器件属性与参数化设计: 元器件的属性包含了丰富的设计信息,如型号、封装、制造商、电气特性等。本章将讲解如何为元器件添加和编辑属性,以及如何利用参数化设计来简化重复性工作,提高设计效率。 信号与电源网络的管理: 在原理图设计中,信号和电源网络的正确定义和管理至关重要。我们将讲解如何清晰地标识不同的信号网络,如何分配电源和地,以及如何利用DX Designer提供的工具来检查网络连接的完整性和正确性。 电气规则检查(ERC): ERC是原理图设计中不可或缺的一环。我们将详细讲解DX Designer的ERC功能,包括如何设置ERC规则,如何运行ERC检查,以及如何解读和修正ERC报告中的错误。通过ERC,我们可以有效地排除原理图中的逻辑错误和连接问题,为后续的PCB设计奠定坚实基础。 第三章:DX Designer 高级应用与设计流程优化 在掌握了DX Designer的基础操作后,本章将带领您探索更高级的功能,并学习如何优化您的设计流程。 宏与模板的应用: 对于重复出现的设计模块,我们可以将其制作成宏,或者利用模板来快速创建新的原理图。本章将详细讲解如何创建和使用宏,以及如何构建和应用原理图模板,从而大幅提高设计效率。 总线与层次化设计的进阶应用: 针对大型复杂系统,我们将深入探讨总线的灵活运用,例如如何创建多比特总线,如何进行总线展开和折叠,以及如何利用总线来简化原理图的绘制。同时,我们将进一步讲解层次化设计的最佳实践,包括如何合理划分设计模块,如何有效地管理跨层次的连接,以及如何利用DX Designer的工具来可视化和调试层次化设计。 差分对与共模抑制: 随着高速数字信号的广泛应用,差分信号的设计变得越来越重要。本章将详细讲解DX Designer中关于差分对的定义、绘制和管理方法,以及如何设置和应用共模抑制等相关选项。 约束管理与规则驱动设计: 现代EDA工具越来越强调规则驱动的设计理念。我们将介绍DX Designer中的约束管理功能,例如如何定义信号的电气特性、阻抗要求、时序约束等,并通过这些约束来指导原理图的设计,确保最终PCB设计能够满足性能要求。 与其他工具的集成与数据交换: DX Designer并非常独立存在的工具,它通常需要与其他EDA工具协同工作。本章将介绍DX Designer与其他常用工具(如仿真软件、PCB布局工具)之间的数据交换格式和方法,以及如何利用这些集成来提升整体设计效率。 版本控制与协同设计: 对于团队协作项目,版本控制和协同设计至关重要。我们将探讨DX Designer在版本控制方面的支持,以及如何与其他团队成员协同完成设计任务。 第四章:PADS PCB 设计流程入门与基础操作 完成原理图设计后,我们将进入PCB布局布线的核心环节。本章将全面介绍PADS PCB设计的入门知识和基础操作。 从原理图到PCB的转换: 本章将详细讲解如何将DX Designer中绘制好的原理图无缝地导入到PADS中,以及如何处理导入过程中可能出现的错误和警告。我们将重点关注网络列表的生成和验证,确保原理图的逻辑能够准确地映射到PCB设计中。 PCB设计环境的设置: PADS提供了强大的环境设置功能,以适应不同项目的设计需求。我们将讲解如何设置PCB文件的单位、网格、颜色方案等,以及如何导入和配置设计规则(Design Rules)。 元器件封装的匹配与管理: 在PCB设计中,原理图中的元器件需要与实际的PCB封装相对应。我们将详细讲解如何为原理图中的元器件分配PCB封装,如何使用PADS的封装库,以及如何创建和管理自定义封装。 PCB布局基础: 布局是将元器件放置在PCB板上的关键步骤。本章将讲解PADS的布局工具,包括元器件的移动、旋转、对齐、分组等基本操作。我们将重点探讨影响布局的关键因素,如信号的连通性、散热、电源分配、电磁兼容性(EMC)等,并介绍一些基本的布局策略,例如先放置关键器件,再进行分组布局等。 PCB布线基础: 布线是将元器件之间的连接线在PCB板上实际绘制出来的过程。本章将详细讲解PADS的布线工具,包括手动布线、自动布线、推挤布线、换层布线等。我们将重点讲解如何按照设计规则进行布线,如何处理差分对、高频信号的布线,以及如何优化布线以减小信号干扰和提高信号完整性。 覆铜与过孔: 覆铜是PCB设计中常用的技术,用于连接大量的地线或电源线,以改善信号完整性和散热性能。本章将讲解PADS的覆铜工具,包括如何创建、编辑和更新覆铜层。过孔是实现多层板连接的关键。我们将讲解不同类型的过孔,以及如何合理使用过孔来优化布线。 第五章:PADS PCB 设计高级技巧与性能优化 在掌握了PADS的基础操作后,本章将深入探讨更高级的设计技巧,以及如何通过精细化的设计来优化PCB的性能。 设计规则的精细化设置与管理: PADS的设计规则是指导PCB设计的重要依据。本章将深入讲解如何设置和管理各种设计规则,例如线宽、线距、最小孔径、阻抗控制、差分对规则、过孔规则等。我们将强调规则的合理性对最终产品性能的重要性。 差分对与高频信号布线优化: 针对高速数字信号和射频信号,本章将深入讲解差分对的布线规则和技巧,例如如何保持阻抗匹配、控制线长差、避免串扰等。同时,也将介绍高频信号布线的注意事项,如单端信号的阻抗控制、地线回流等。 电源分配网络(PDN)设计: 良好的电源分配是保证电路稳定工作的基础。本章将详细讲解PDN设计的概念,包括去耦电容的选择和放置、电源层和地层的设计、以及如何利用PADS工具来分析和优化PDN。 信号完整性(SI)与电磁兼容性(EMC)设计: 本章将介绍信号完整性和电磁兼容性的基本概念,以及如何在PADS中应用相关的设计技巧来改善这些方面。我们将探讨如何通过布局、布线、覆铜、地线设计等手段来减小信号反射、串扰、辐射和干扰。 3D视图与模型导入: 现代PCB设计越来越注重与机械设计的协同。本章将介绍PADS的3D视图功能,以及如何导入3D模型来检查PCB与外壳的配合情况,避免物理干涉。 制造输出与后处理: 完成PCB设计后,需要生成可供PCB制造厂使用的 Gerber 文件和钻孔文件。本章将详细讲解PADS的制造输出流程,包括 Gerber 文件的生成、钻孔文件的生成、以及其他必要的制造数据的准备。我们将强调检查输出文件的准确性,以确保产品能够顺利生产。 与仿真工具的集成: 为了更深入地验证设计性能,PADS常常需要与各种仿真工具集成。本章将介绍如何将PADS设计数据导出到SI/PI/EMC仿真工具中,并如何利用仿真结果来指导PCB设计优化。 第六章:实战项目案例分析与设计经验分享 理论结合实践是学习任何技术的最佳途径。本章将通过实际项目案例,将前面章节所学的知识融会贯通,并分享一些宝贵的设计经验。 案例一:通用嵌入式系统主板设计: 我们将选取一个典型的嵌入式系统主板作为案例,从原理图设计到PCB布局布线,逐步展示如何应用DX Designer和PADS来完成整个设计流程。我们将重点关注关键模块的设计,如CPU接口、内存接口、电源模块、高速通信接口等的实现。 案例二:高速通信接口PCB设计: 针对如USB、PCIe等高速通信接口,我们将重点分析其在PCB设计中的特殊要求,包括阻抗匹配、差分信号布线、信号完整性处理等。 案例三:射频(RF)电路PCB设计: 对于射频电路,我们将介绍其在PCB设计中的独特性,例如微带线、带状线的设计,对地平面要求,以及如何进行EMC治理。 常见问题分析与解决方案: 在实际设计过程中,我们可能会遇到各种各样的问题,例如DRC报错、ERC报错、仿真不通过、制造问题等。本章将总结一些常见的设计问题,并提供有效的分析方法和解决方案。 设计流程优化与效率提升技巧: 我们将分享一些实用的设计流程优化技巧,例如如何建立标准化的设计模板,如何利用脚本自动化重复性任务,以及如何通过有效的沟通与协作来提高团队的设计效率。 持续学习与行业趋势: 最后,我们将鼓励读者保持持续学习的态度,并简要介绍EDA领域的最新发展趋势,如AI在EDA中的应用、更先进的仿真技术等,帮助读者为未来的职业发展做好准备。 通过本书的学习,您将不仅仅掌握DX Designer和PADS这两款强大的EDA工具,更重要的是,您将深刻理解电子产品设计的本质,掌握解决复杂设计问题的能力,并最终能够独立完成高质量、高性能的电子产品设计。