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《PADS电路原理图与PCB设计实战》详细介绍了PADS 9.5设计原理图、PCB的流程和常用电路模块的PCB处理方法。
内容简介
《PADS电路原理图与PCB设计实战》注重实践和应用技巧的分享,结合设计实例,以PADS Logic、PADS Layout、PADS Router为基础,配以大量的示意图,详细介绍了利用PADS 9.5原理
图和、PCB设计流程和常用电路模块的PCB处理方法。
目录
目录
第1章PADS软件的概述和安装
1.1PADS的发展
1.2PADS 9.5的新功能及特点
1.3PADS 9.5软件的安装
1.4PADS设计流程简介
本章小结
第2章绘制单级共射放大电路原理图
2.1PADS Logic用户界面和基本操作
2.1.1PADS Logic的启动和操作界面认识
2.1.2原理图标题栏制作
2.1.3放置原理图元件
2.1.4原理图元件的连线
2.2PADS Logic项目文件管理和设计流程
2.2.1项目文件管理
2.2.2原理图的一般设计流程和基本原则
本章小结
第3章PADS Logic元件库管理
3.1PADS Logic元件库的结构
3.1.1创建元件库
3.1.2编辑元件库列表
3.2创建元件封装
3.2.1绘制BAV99 CAE封装
3.2.2创建BAV99元件类型
3.2.3创建芯片类的CAE封装
3.2.4利用向导创建CAE封装
3.2.5创建PT4101元件类型
本章小结
第4章PADS Logic原理图设计
4.1原理图参数设置
4.2设计图纸
4.3在原理图中编辑元件
4.3.1添加元件
4.3.2删除元件
4.3.3移动及调整方向
4.3.4复制与粘贴
4.3.5编辑元件属性
4.4在原理图中添加导线
4.5在原理图中绘制总线
4.5.1总线的连接
4.5.2分割总线
4.5.3延伸总线
本章小结
第5章PADS Layout图形用户界面
5.1PADS Layout功能简介
5.2PADS Layout用户界面
5.2.1PADS Layout工具栏
5.2.2PADS Layout鼠标操控
5.2.3自定义快捷键
5.3常用设计参数的设置
5.4“显示颜色设置”窗口
5.5“选择筛选条件”窗口
5.6“查看网络”窗口
5.7“焊盘栈特性”对话框
5.8设计规则
5.9层定义
5.10无模命令和快捷方式
5.10.1无模命令
5.10.2快捷方式
本章小结
第6章PADS Layout元件库管理
6.1认识PCB Decal
6.2创建PCB Decal
6.3一般PCB封装的创建
6.3.1电阻封装的创建
6.3.2电容封装的创建
6.3.3三极管封装的创建
6.4PCB封装的编辑
6.4.1异形封装的创建
6.4.2槽形钻孔焊盘的创建
6.4.3管脚重新编号
6.4.4重复添加多个端点
6.4.5快速、准确地创建PCB封装
6.4.6创建PCB封装的注意事项
本章小结
第7章电源转换电路PCB设计
7.1MP1470电源模块PCB设计
7.1.1电路原理图设计
7.1.2MP1470电路PCB的设计
7.2PCB增加螺钉孔
7.3ADP5052电源模块PCB设计
7.3.1ADP5052简介
7.3.2设计前准备
7.3.3布局
7.3.4布线
7.4输出设计资料: CAM、SMT、ASM
本章小结
第8章PADS Router布线操作
8.1PADS Router功能简介
8.2Layout与Router的连接
8.3PADS Router的操作界面
8.3.1PADS Router的工具栏
8.3.2PADS Router鼠标指令
8.4PADS Router环境参数
8.5PADS Router设计规则
8.6元件布局
8.7交互式手工布线
8.8高速走线
8.8.1差分走线
8.8.2等长走线
8.8.3蛇形走线
8.8.4元件规则切换线宽
8.9自动布线
8.9.1交互式自动布线
8.9.2完全自动布线
8.10PADS Router设计验证
本章小结
第9章相关文件输出
9.1光绘文件输出
9.2IPC网表输出
9.3ODB文件输出
9.4钢网文件和贴片坐标文件输出
9.5装配文件输出
9.6BOM文件输出
本章小结
第10章案例实战(1): USB HUB设计
10.1原理图绘制
10.2USB HUB PCB布局
10.3差分线设置及布线技巧
10.4Logic与Layout交互布局
10.5布线应用技巧——快速创建差分对
10.6差分线验证设计
10.7USB HUB PCB布线
本章小结
第11章案例实战(2): ISO485 PCB设计
11.1ISO485原理图设计
11.2PCB设计前准备
11.2.1默认线宽、安全间距规则设置
11.2.2默认布线规则设置
11.2.3过孔种类设置
11.2.4建立类及设置类规则
11.2.5分配PWR网络类颜色
11.3PCB布局
11.3.1隔离
11.3.2器件摆放
11.4布线
11.5覆铜
11.6摆放丝印
11.7设计验证
11.8输出设计资料
本章小结
第12章案例实战(3): 武术擂台机器人主控板设计
12.1设计背景
12.2设计前准备
12.2.1发送网表
12.2.2绘制板框
12.2.3显示颜色设置
12.2.4过孔种类设置
12.2.5默认线宽、安全间距规则设置
12.2.6默认布线规则设置
12.2.7建立类及设置类规则
12.2.8分配PWR网络类颜色
12.3布局
12.3.1拾取模块
12.3.2规划各模块在板中位置
12.3.3观察整板信号流向
12.3.4MCU模块布局详解
12.3.5电源模块布局详解
12.3.6电动机驱动模块布局详解
12.3.7传感器模块布局详解
12.4布线
12.4.1MCU模块扇出
12.4.2电源模块扇出
12.4.3电动机驱动模块扇出
12.4.4传感器模块扇出
12.4.5互连
12.5灌铜处理
12.6丝印整理
12.7设计验证和输出设计资料
本章小结
第13章案例实战(4): 4层板设计实例
13.1合理的层数和层叠设计原则
13.1.1合理的层数
13.1.2层叠设计原则
13.2多层板PCB层叠设计方案
13.2.1四层板的设计
13.2.2六层板的设计
13.2.3八层板的设计
13.2.4十层板的设计
13.2.5十二层板的设计
13.34层板PCB设计
13.4PCB设计前准备
13.5PCB布局布线
13.6覆铜处理
13.6.1接地平面覆铜
13.6.2电源平面覆铜
13.6.3顶层底层平面覆铜
13.7丝印调整
13.8设计验证
13.9输出设计资料
13.10案例原理图
本章小结
第14章案例实战(5): 单片DDR3设计
14.1设计背景
14.2DDR3简介
14.3布局前相关设置
14.3.1默认线宽,安全间距设置
14.3.2设置过孔
14.3.3设置布线规则
14.3.4建立类及设置类规则
14.3.5分配类颜色
14.3.6设置差分线规则
14.4布局和扇出
14.4.1确定CPU与DDR3相对摆放位置
14.4.2确定CPU与DDR3布局方案
14.4.3扇出
14.4.4塞电容
14.5布线
14.5.1连通网络类DATA0~DATA7走线
14.5.2连通网络类DATA8~DATA15走线
14.5.3连通网络类ADD走线
14.6等长
14.6.1等长设置
14.6.2查看走线长度
14.6.3数据线等长
本章小结
参考文献
精彩书摘
第3章PADS Logic元件库管理
设计电路原理图时,先从添加元件开始,PADS提供了一些常用元件的封装供用户使用。具体应用设计中,涉及各种元件,软件提供的库不能涵盖所有器件封装。每一个PCB软件对器件库的管理有所不同,PADS的库管理包含: 线、逻辑、元件、封装。PADS Logic在元件建库上需要先建立元件逻辑符号,再建配置元件电参数,这才算建立一个元件的Logic封装。
3.1PADS Logic元件库的结构
在PADS设计软件中,一个完整的元件由两部分组成: 电路Logic符号和PCB Decal实际封装。例如电阻,原理图上的电阻符号看上去都是一样的,而把网表导入PCB软件后,电阻可能是表贴元件,也可能是通孔元件。再如,电容和电阻在原理图的符号是完全不同的,但是在PCB软件中却可能是一样的0603的封装。下面用一个图例来理解一下PADS元件库的概念,如图3.1所示。
图3.1元件库结构
用户将元件添加到原理图前,元件必须是一个已经存在的元件类型Part。元件类型由图3.1所示的多种元素组成:
Logic Decals(逻辑符号),表示元件的逻辑功能;
PCB Decal(PCB封装),表示元件的实际封装大小;
电气特性,如引脚号和门的分配等。
3.1.1创建元件库
(1) 打开“文件”菜单,选择“库”命令,如图3.2所示,弹出“库管理器”对话框,如图3.3所示。
图3.2“库”命令
图3.3“库管理器”对话框
(2) 单击“新建库”按钮(如图3.3所示),在弹出的“新建库”对话框的“文件名”文本框中输入新元件库的名称,如mylib,然后单击“保存”按钮,如图3.4所示。
提示: PADS 9.5的元件库路径是D:\MentorGraphics\9.5PADS\SDD_HOME\ Libraries。
3.1.2编辑元件库列表
在“库管理器”对话框中单击“管理库列表”按钮,弹出“库列表”对话框。在“库列表”对话框中,选中刚刚创建的mylib库后,单击“上”命令,将mylib移至顶端,如图3.5所示。
提示: 导入网络表时,PADS软件会优先从位于顶端的元件库中提取元件。共享、允许搜索、与PADS Layout同步,这三项须同时勾选。
另外,用户可以加载之前已有的元件库。在“库列表”对话框,单击“添加”按钮,如图3.6所示。在“添加库”对话框中,选中已有的元件库,如amd.pt9后,单击“打开”按钮,如图3.7所示,就可以加载amd.pt9元件库。
前言/序言
前言
电路板设计也叫PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)设计,它以电路原理图为根据,实现电路设计者所需的功能。PADS软件是Mentor Graphics公司的电路原理图和PCB设计工具软件。目前,该软件是国内从事电路设计的工程师和技术人员主要使用的电路设计软件之一,是PCB设计高端用户最常用的工具软件。PADS作为业界主流的PCB设计平台,以其强大的交互式布局布线功能和易学易用等特点,在消费电子、半导体、通信、医疗电子等当前最活跃的工业领域得到广泛的应用。
本书由高校教师与从事PCB设计的一线工程师合作编写。作为一线的教学人员,作者具有丰富的教学实践经验与教材编写经验,多年的教学工作有助于准确地把握学生的学习心理与实际需求。同时,从事多年PCB设计的工程师参与了本书编写工作,能够在编写工作中紧紧结合具体项目,理论结合实例。在本书中,处处凝结着教育者与工程师的经验与体会,贯穿着他们的教学思想与工程经验,希望能够给广大读者的学习(尤其是自学)提供一个简洁、有效的途径。
本书以PADS 9.5中的PADS Logic、PADS Layout、PADS Router为基础,重点介绍PADS 9.5原理图与PCB设计的方法和技巧。本书通过“案例教学法”进行编写,通过实施一个完整的案例进行教学,把理论与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。全书共14章,主要内容包括:
第1章为PADS软件的概述和安装;
第2章为绘制单级共射放大电路原理图;
第3章为PADS Logic元件库管理;
第4章为PADS Logic原理图设计;
第5章为PADS Layout图形用户界面;
第6章为PADS Layout元件库管理;
第7章为电源转换电路PCB设计;
第8章为PADS Router布线操作;
第9章为相关文件输出;
第10章为案例实战(1): USB HUB设计;
第11章为案例实战(2): ISO485 PCB设计;
第12章为案例实战(3): 武术擂台机器人主控板设计;
第13章为案例实战(4): 4层板设计实例;
第14章为案例实战(5): 单片DDR3设计。
本书在写作过程中,注意由浅入深,从易到难,图文并茂,语言简洁,思路清晰。通过对本书的学习,读者可以真切地体会出使用PADS设计电路板的内在规律以及原理图和PCB设计的思路,从而提高电路板设计的能力。本书既可作为电路板设计初学者的入门教材,也可作为高等院校电子技术应用、电子信息工程、机电技术应用、数控自动化等相关专业的教学参考书。
参加本书编写的有黄杰勇、路月月、杜俊林、林超文,在编写过程中,还得到中山市智达自动化科技有限公司缪立循总经理提供的指导和支持,在此,向他们表示衷心的谢意。
由于编著者水平有限,书中不足之处在所难免,望广大读者批评指正。
编者
《电子设计之道:从概念到成品的全方位指南》 在这瞬息万变的电子科技浪潮中,一款卓越的电子产品不仅需要精妙绝伦的创意,更离不开严谨细致的设计流程。本书《电子设计之道:从概念到成品的全方位指南》正是为致力于将脑海中的奇思妙想转化为触手可及的真实器件的电子工程师、创客以及所有对电子设计充满热情的学习者而量身打造。它并非孤立地专注于某个特定软件工具或某个设计环节,而是旨在构建一个全面、系统、深入的电子设计知识体系,覆盖从产品概念的萌芽到最终产品生产制造的每一个关键节点。 一、 孕育产品之魂:概念化与需求分析 任何一项成功的电子设计,其起点都源于一个清晰明确的构想,以及对用户需求的深刻洞察。本书的第一部分将带领读者深入探索“概念化”这一抽象而至关重要的阶段。我们将一起学习如何从模糊的想法中提炼出核心功能,如何进行市场调研与竞品分析,以确保我们的设计能够填补市场空白,满足用户痛点。 构思的火花: 如何捕捉灵感?如何将零散的想法整合成一个可行性的产品概念?我们将探讨多种头脑风暴技巧和思维导图的应用,帮助您系统地梳理和发展产品创意。 用户的声音: 需求分析绝非纸上谈兵。我们将详细介绍用户访谈、问卷调查、焦点小组等多种用户研究方法,教会您如何倾听用户的真实声音,准确把握产品的核心需求和潜在期望。 定义产品的灵魂: 基于初步构思和需求分析,我们将学习如何撰写一份详尽的产品规格书(Product Specification)。这份规格书将成为后续所有设计工作的基石,它需要明确定义产品的目标用户、主要功能、性能指标、外观要求、成本限制以及预期寿命等关键要素。 可行性评估: 在投入大量资源之前,对设计方案进行初步的可行性评估至关重要。我们将探讨技术可行性、经济可行性、市场可行性等多个维度,帮助您在项目初期就规避潜在的风险。 二、 构筑产品的骨骼:电路原理设计与仿真 当产品概念清晰,需求明确后,便进入了电子设计的心脏地带——电路原理设计。这一阶段是将抽象的逻辑转化为具体的电路连接的过程,直接决定了产品的核心功能实现和性能表现。本书的第二部分将以严谨的逻辑和丰富的案例,深入剖析电路原理设计的每一个环节。 数字与模拟的交响: 从基础的逻辑门电路、运算放大器、滤波电路,到复杂的微控制器接口、电源管理单元、通信协议实现,我们将系统讲解数字电路和模拟电路的设计原理与方法。 元器件的智慧: 深入理解各种电子元器件的特性、选型原则以及在电路中的作用是电路设计的基础。我们将详细介绍电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOSFET、集成电路(IC)等关键元器件的物理原理、技术参数以及如何根据应用场景进行精确选型。 构建完整的电路框图: 在动手绘制详细原理图之前,一个清晰的系统框图能帮助我们理清各功能模块之间的关系。我们将教授如何将复杂系统分解为逻辑清晰的子模块,并绘制出直观的系统框图。 原理图的艺术: 绘制一份专业、规范、易于理解的电路原理图是电子工程师的基本功。我们将详细讲解如何使用行业标准的符号库,如何合理布局元器件,如何清晰标注信号线、电源、地等,以及如何进行原理图的层次化设计,提升设计的可维护性。 仿真:设计的“沙盘推演”: 在将设计付诸实践之前,通过仿真来验证电路的正确性和性能至关重要。本书将重点介绍多种常用的电路仿真技术和软件应用。 DC分析 (直流分析): 验证电路的直流工作点,确保元器件在正常偏置下工作。 AC分析 (交流分析): 评估电路对不同频率信号的响应,如滤波器的频率特性、放大器的增益带宽积等。 瞬态分析 (Transients Analysis): 模拟电路在时间轴上的动态行为,观察信号的上升下降时间、过冲、振铃等,对于数字电路和高速信号设计尤为重要。 参数扫描与优化: 通过改变电路参数,观察其对性能的影响,从而找到最优的元器件值和电路配置。 噪声分析 (Noise Analysis): 评估电路中的噪声源及其对信号的影响,对于低噪声模拟电路设计至关重要。 蒙特卡洛分析 (Monte Carlo Analysis): 考虑元器件的容差,评估电路在各种参数组合下的性能变化,评估设计的鲁棒性。 故障注入与鲁棒性测试: 了解电路在异常情况下的表现,如何抵抗电源波动、信号干扰等,提升产品的可靠性。 三、 塑造产品的形体:PCB布局与布线 原理图只是设计的蓝图,而印刷电路板(PCB)则是承载电路功能、决定产品体积、成本与性能的关键载体。本书的第三部分将带领读者进入PCB设计领域,掌握将原理图转化为实际PCB的过程。 PCB基础知识: 从PCB的层叠结构、覆铜、过孔、走线宽度、阻抗控制等基础概念入手,为读者打下坚实的PCB设计基础。 PCB布局的艺术与科学: 合理的布局是PCB设计的灵魂。我们将深入探讨: 元器件的摆放原则: 如何考虑信号流向、电源分配、散热需求、屏蔽要求、可制造性(DFM)和可测试性(DFA)等因素。 高频与高速信号布局: 针对信号完整性(SI)和电源完整性(PI)的挑战,教授差分对布线、阻抗匹配、地弹和串扰的控制技巧。 电源和地的规划: 如何设计良好的电源和地平面,最小化电源噪声和地弹,确保电路稳定工作。 散热布局: 对于发热量大的元器件,如何进行合理的布局,配合散热片等措施,保证产品在高温环境下的可靠运行。 布线的智慧与挑战: 精准的布线是实现电路功能和性能的关键。我们将重点关注: 走线规则与约束: 如何设置最小线宽、线距、过孔大小等,满足设计要求。 差分信号布线: 学习如何进行等长、等差、零抖动的差分对布线,以保证信号的完整性。 阻抗控制布线: 对于要求阻抗匹配的信号线(如射频信号、高速数字信号),我们将介绍如何通过线宽、介质厚度、介电常数等来精确控制走线的阻抗。 信号完整性(SI)的优化: 讲解串扰、反射、振铃等信号完整性问题产生的原因,以及相应的布线策略来规避和改善。 电源完整性(PI)的保障: 如何通过优化电源平面、使用去耦电容、合理布局电源线等来保证电源的稳定。 规则检查(DRC): 强调使用设计软件的DRC功能,及时发现并修复布局布线过程中可能出现的规则违背,确保PCB的可制造性。 三维空间下的考量: 随着产品小型化、集成化需求的提升,我们将探讨如何在有限的三维空间内实现最优的布局布线,包括多层板的设计、堆叠的应用等。 四、 生产与验证:从设计到产品的跃迁 再好的设计,也需要转化为实际的产品才能发挥价值。本书的第四部分将聚焦于设计成果的落地,涵盖生产制造、供应链管理和产品验证等关键环节。 PCB制造流程: 了解PCB的加工过程,从制版、钻孔、沉金/喷锡、阻焊、丝印到测试,有助于在设计时就考虑可制造性。 BOM(物料清单)的生成与管理: 一份准确、完整的BOM是生产制造的起点。我们将讲解如何生成BOM,如何进行元器件的标准化和物料替代,以及如何管理BOM的版本。 Gerber文件的生成与审查: Gerber文件是PCB设计数据的标准输出格式,用于指导PCB的生产。我们将详细介绍Gerber文件的生成参数,以及如何使用 Gerber 查看器进行审查,确保文件准确无误。 焊接工艺与可制造性设计(DFM): 不同的焊接工艺(如波峰焊、回流焊、手工焊接)对元器件的封装、间距、焊盘设计有不同的要求。我们将探讨如何进行DFM,以降低生产成本,提高良品率。 组装与测试: 了解产品组装的流程,以及功能测试、性能测试、可靠性测试等的重要性。 供应链与成本控制: 在设计阶段就需要考虑元器件的采购成本、交期以及供应商的可靠性,如何通过设计优化来降低整体成本。 产品认证与合规性: 了解产品上市前可能需要的各类认证(如CE、FCC、RoHS等),以及设计过程中需要遵循的相关标准。 五、 持续优化与未来展望 电子设计是一个不断迭代和进步的过程。本书的最后一章将着眼于设计的优化和未来的发展趋势。 设计评审与反馈: 如何进行有效的内部和外部设计评审,从同行或潜在用户那里获取有价值的反馈。 问题排查与调试技巧: 面对设计中出现的各种问题,如何运用科学的方法进行定位和解决,掌握必备的调试工具和技巧。 新技术与新趋势: 简要介绍当前电子设计领域的热点技术,如人工智能在设计中的应用、物联网(IoT)的设计挑战、低功耗设计、射频(RF)设计的前沿技术等,为读者指明学习方向。 知识体系的构建: 鼓励读者建立终身学习的习惯,不断更新知识,提升设计能力。 《电子设计之道:从概念到成品的全方位指南》并非一本速成手册,而是一份伴随您整个电子设计生涯的良师益友。它力求通过深入浅出的讲解,结合丰富的实例,将复杂的电子设计理论与实践相结合,帮助您构建起扎实的理论基础,掌握实用的设计技能,最终实现将创意转化为现实的飞跃。无论您是刚刚踏入电子设计领域的新手,还是希望进一步提升专业技能的资深工程师,本书都将为您提供宝贵的指导与启发,助您在电子设计的道路上行稳致远,创造出更多令人惊叹的电子产品。