編輯推薦
《PADS電路原理圖與PCB設計實戰》詳細介紹瞭PADS 9.5設計原理圖、PCB的流程和常用電路模塊的PCB處理方法。
內容簡介
《PADS電路原理圖與PCB設計實戰》注重實踐和應用技巧的分享,結閤設計實例,以PADS Logic、PADS Layout、PADS Router為基礎,配以大量的示意圖,詳細介紹瞭利用PADS 9.5原理
圖和、PCB設計流程和常用電路模塊的PCB處理方法。
目錄
目錄
第1章PADS軟件的概述和安裝
1.1PADS的發展
1.2PADS 9.5的新功能及特點
1.3PADS 9.5軟件的安裝
1.4PADS設計流程簡介
本章小結
第2章繪製單級共射放大電路原理圖
2.1PADS Logic用戶界麵和基本操作
2.1.1PADS Logic的啓動和操作界麵認識
2.1.2原理圖標題欄製作
2.1.3放置原理圖元件
2.1.4原理圖元件的連綫
2.2PADS Logic項目文件管理和設計流程
2.2.1項目文件管理
2.2.2原理圖的一般設計流程和基本原則
本章小結
第3章PADS Logic元件庫管理
3.1PADS Logic元件庫的結構
3.1.1創建元件庫
3.1.2編輯元件庫列錶
3.2創建元件封裝
3.2.1繪製BAV99 CAE封裝
3.2.2創建BAV99元件類型
3.2.3創建芯片類的CAE封裝
3.2.4利用嚮導創建CAE封裝
3.2.5創建PT4101元件類型
本章小結
第4章PADS Logic原理圖設計
4.1原理圖參數設置
4.2設計圖紙
4.3在原理圖中編輯元件
4.3.1添加元件
4.3.2刪除元件
4.3.3移動及調整方嚮
4.3.4復製與粘貼
4.3.5編輯元件屬性
4.4在原理圖中添加導綫
4.5在原理圖中繪製總綫
4.5.1總綫的連接
4.5.2分割總綫
4.5.3延伸總綫
本章小結
第5章PADS Layout圖形用戶界麵
5.1PADS Layout功能簡介
5.2PADS Layout用戶界麵
5.2.1PADS Layout工具欄
5.2.2PADS Layout鼠標操控
5.2.3自定義快捷鍵
5.3常用設計參數的設置
5.4“顯示顔色設置”窗口
5.5“選擇篩選條件”窗口
5.6“查看網絡”窗口
5.7“焊盤棧特性”對話框
5.8設計規則
5.9層定義
5.10無模命令和快捷方式
5.10.1無模命令
5.10.2快捷方式
本章小結
第6章PADS Layout元件庫管理
6.1認識PCB Decal
6.2創建PCB Decal
6.3一般PCB封裝的創建
6.3.1電阻封裝的創建
6.3.2電容封裝的創建
6.3.3三極管封裝的創建
6.4PCB封裝的編輯
6.4.1異形封裝的創建
6.4.2槽形鑽孔焊盤的創建
6.4.3管腳重新編號
6.4.4重復添加多個端點
6.4.5快速、準確地創建PCB封裝
6.4.6創建PCB封裝的注意事項
本章小結
第7章電源轉換電路PCB設計
7.1MP1470電源模塊PCB設計
7.1.1電路原理圖設計
7.1.2MP1470電路PCB的設計
7.2PCB增加螺釘孔
7.3ADP5052電源模塊PCB設計
7.3.1ADP5052簡介
7.3.2設計前準備
7.3.3布局
7.3.4布綫
7.4輸齣設計資料: CAM、SMT、ASM
本章小結
第8章PADS Router布綫操作
8.1PADS Router功能簡介
8.2Layout與Router的連接
8.3PADS Router的操作界麵
8.3.1PADS Router的工具欄
8.3.2PADS Router鼠標指令
8.4PADS Router環境參數
8.5PADS Router設計規則
8.6元件布局
8.7交互式手工布綫
8.8高速走綫
8.8.1差分走綫
8.8.2等長走綫
8.8.3蛇形走綫
8.8.4元件規則切換綫寬
8.9自動布綫
8.9.1交互式自動布綫
8.9.2完全自動布綫
8.10PADS Router設計驗證
本章小結
第9章相關文件輸齣
9.1光繪文件輸齣
9.2IPC網錶輸齣
9.3ODB文件輸齣
9.4鋼網文件和貼片坐標文件輸齣
9.5裝配文件輸齣
9.6BOM文件輸齣
本章小結
第10章案例實戰(1): USB HUB設計
10.1原理圖繪製
10.2USB HUB PCB布局
10.3差分綫設置及布綫技巧
10.4Logic與Layout交互布局
10.5布綫應用技巧——快速創建差分對
10.6差分綫驗證設計
10.7USB HUB PCB布綫
本章小結
第11章案例實戰(2): ISO485 PCB設計
11.1ISO485原理圖設計
11.2PCB設計前準備
11.2.1默認綫寬、安全間距規則設置
11.2.2默認布綫規則設置
11.2.3過孔種類設置
11.2.4建立類及設置類規則
11.2.5分配PWR網絡類顔色
11.3PCB布局
11.3.1隔離
11.3.2器件擺放
11.4布綫
11.5覆銅
11.6擺放絲印
11.7設計驗證
11.8輸齣設計資料
本章小結
第12章案例實戰(3): 武術擂颱機器人主控闆設計
12.1設計背景
12.2設計前準備
12.2.1發送網錶
12.2.2繪製闆框
12.2.3顯示顔色設置
12.2.4過孔種類設置
12.2.5默認綫寬、安全間距規則設置
12.2.6默認布綫規則設置
12.2.7建立類及設置類規則
12.2.8分配PWR網絡類顔色
12.3布局
12.3.1拾取模塊
12.3.2規劃各模塊在闆中位置
12.3.3觀察整闆信號流嚮
12.3.4MCU模塊布局詳解
12.3.5電源模塊布局詳解
12.3.6電動機驅動模塊布局詳解
12.3.7傳感器模塊布局詳解
12.4布綫
12.4.1MCU模塊扇齣
12.4.2電源模塊扇齣
12.4.3電動機驅動模塊扇齣
12.4.4傳感器模塊扇齣
12.4.5互連
12.5灌銅處理
12.6絲印整理
12.7設計驗證和輸齣設計資料
本章小結
第13章案例實戰(4): 4層闆設計實例
13.1閤理的層數和層疊設計原則
13.1.1閤理的層數
13.1.2層疊設計原則
13.2多層闆PCB層疊設計方案
13.2.1四層闆的設計
13.2.2六層闆的設計
13.2.3八層闆的設計
13.2.4十層闆的設計
13.2.5十二層闆的設計
13.34層闆PCB設計
13.4PCB設計前準備
13.5PCB布局布綫
13.6覆銅處理
13.6.1接地平麵覆銅
13.6.2電源平麵覆銅
13.6.3頂層底層平麵覆銅
13.7絲印調整
13.8設計驗證
13.9輸齣設計資料
13.10案例原理圖
本章小結
第14章案例實戰(5): 單片DDR3設計
14.1設計背景
14.2DDR3簡介
14.3布局前相關設置
14.3.1默認綫寬,安全間距設置
14.3.2設置過孔
14.3.3設置布綫規則
14.3.4建立類及設置類規則
14.3.5分配類顔色
14.3.6設置差分綫規則
14.4布局和扇齣
14.4.1確定CPU與DDR3相對擺放位置
14.4.2確定CPU與DDR3布局方案
14.4.3扇齣
14.4.4塞電容
14.5布綫
14.5.1連通網絡類DATA0~DATA7走綫
14.5.2連通網絡類DATA8~DATA15走綫
14.5.3連通網絡類ADD走綫
14.6等長
14.6.1等長設置
14.6.2查看走綫長度
14.6.3數據綫等長
本章小結
參考文獻
精彩書摘
第3章PADS Logic元件庫管理
設計電路原理圖時,先從添加元件開始,PADS提供瞭一些常用元件的封裝供用戶使用。具體應用設計中,涉及各種元件,軟件提供的庫不能涵蓋所有器件封裝。每一個PCB軟件對器件庫的管理有所不同,PADS的庫管理包含: 綫、邏輯、元件、封裝。PADS Logic在元件建庫上需要先建立元件邏輯符號,再建配置元件電參數,這纔算建立一個元件的Logic封裝。
3.1PADS Logic元件庫的結構
在PADS設計軟件中,一個完整的元件由兩部分組成: 電路Logic符號和PCB Decal實際封裝。例如電阻,原理圖上的電阻符號看上去都是一樣的,而把網錶導入PCB軟件後,電阻可能是錶貼元件,也可能是通孔元件。再如,電容和電阻在原理圖的符號是完全不同的,但是在PCB軟件中卻可能是一樣的0603的封裝。下麵用一個圖例來理解一下PADS元件庫的概念,如圖3.1所示。
圖3.1元件庫結構
用戶將元件添加到原理圖前,元件必須是一個已經存在的元件類型Part。元件類型由圖3.1所示的多種元素組成:
Logic Decals(邏輯符號),錶示元件的邏輯功能;
PCB Decal(PCB封裝),錶示元件的實際封裝大小;
電氣特性,如引腳號和門的分配等。
3.1.1創建元件庫
(1) 打開“文件”菜單,選擇“庫”命令,如圖3.2所示,彈齣“庫管理器”對話框,如圖3.3所示。
圖3.2“庫”命令
圖3.3“庫管理器”對話框
(2) 單擊“新建庫”按鈕(如圖3.3所示),在彈齣的“新建庫”對話框的“文件名”文本框中輸入新元件庫的名稱,如mylib,然後單擊“保存”按鈕,如圖3.4所示。
提示: PADS 9.5的元件庫路徑是D:\MentorGraphics\9.5PADS\SDD_HOME\ Libraries。
3.1.2編輯元件庫列錶
在“庫管理器”對話框中單擊“管理庫列錶”按鈕,彈齣“庫列錶”對話框。在“庫列錶”對話框中,選中剛剛創建的mylib庫後,單擊“上”命令,將mylib移至頂端,如圖3.5所示。
提示: 導入網絡錶時,PADS軟件會優先從位於頂端的元件庫中提取元件。共享、允許搜索、與PADS Layout同步,這三項須同時勾選。
另外,用戶可以加載之前已有的元件庫。在“庫列錶”對話框,單擊“添加”按鈕,如圖3.6所示。在“添加庫”對話框中,選中已有的元件庫,如amd.pt9後,單擊“打開”按鈕,如圖3.7所示,就可以加載amd.pt9元件庫。
前言/序言
前言
電路闆設計也叫PCB(Printed Circuit Board,印製電路闆)設計,它以電路原理圖為根據,實現電路設計者所需的功能。PADS軟件是Mentor Graphics公司的電路原理圖和PCB設計工具軟件。目前,該軟件是國內從事電路設計的工程師和技術人員主要使用的電路設計軟件之一,是PCB設計高端用戶最常用的工具軟件。PADS作為業界主流的PCB設計平颱,以其強大的交互式布局布綫功能和易學易用等特點,在消費電子、半導體、通信、醫療電子等當前最活躍的工業領域得到廣泛的應用。
本書由高校教師與從事PCB設計的一綫工程師閤作編寫。作為一綫的教學人員,作者具有豐富的教學實踐經驗與教材編寫經驗,多年的教學工作有助於準確地把握學生的學習心理與實際需求。同時,從事多年PCB設計的工程師參與瞭本書編寫工作,能夠在編寫工作中緊緊結閤具體項目,理論結閤實例。在本書中,處處凝結著教育者與工程師的經驗與體會,貫穿著他們的教學思想與工程經驗,希望能夠給廣大讀者的學習(尤其是自學)提供一個簡潔、有效的途徑。
本書以PADS 9.5中的PADS Logic、PADS Layout、PADS Router為基礎,重點介紹PADS 9.5原理圖與PCB設計的方法和技巧。本書通過“案例教學法”進行編寫,通過實施一個完整的案例進行教學,把理論與實踐教學有機地結閤起來,充分發掘學生的潛能,提高學生解決實際問題的綜閤能力。全書共14章,主要內容包括:
第1章為PADS軟件的概述和安裝;
第2章為繪製單級共射放大電路原理圖;
第3章為PADS Logic元件庫管理;
第4章為PADS Logic原理圖設計;
第5章為PADS Layout圖形用戶界麵;
第6章為PADS Layout元件庫管理;
第7章為電源轉換電路PCB設計;
第8章為PADS Router布綫操作;
第9章為相關文件輸齣;
第10章為案例實戰(1): USB HUB設計;
第11章為案例實戰(2): ISO485 PCB設計;
第12章為案例實戰(3): 武術擂颱機器人主控闆設計;
第13章為案例實戰(4): 4層闆設計實例;
第14章為案例實戰(5): 單片DDR3設計。
本書在寫作過程中,注意由淺入深,從易到難,圖文並茂,語言簡潔,思路清晰。通過對本書的學習,讀者可以真切地體會齣使用PADS設計電路闆的內在規律以及原理圖和PCB設計的思路,從而提高電路闆設計的能力。本書既可作為電路闆設計初學者的入門教材,也可作為高等院校電子技術應用、電子信息工程、機電技術應用、數控自動化等相關專業的教學參考書。
參加本書編寫的有黃傑勇、路月月、杜俊林、林超文,在編寫過程中,還得到中山市智達自動化科技有限公司繆立循總經理提供的指導和支持,在此,嚮他們錶示衷心的謝意。
由於編著者水平有限,書中不足之處在所難免,望廣大讀者批評指正。
編者
《電子設計之道:從概念到成品的全方位指南》 在這瞬息萬變的電子科技浪潮中,一款卓越的電子産品不僅需要精妙絕倫的創意,更離不開嚴謹細緻的設計流程。本書《電子設計之道:從概念到成品的全方位指南》正是為緻力於將腦海中的奇思妙想轉化為觸手可及的真實器件的電子工程師、創客以及所有對電子設計充滿熱情的學習者而量身打造。它並非孤立地專注於某個特定軟件工具或某個設計環節,而是旨在構建一個全麵、係統、深入的電子設計知識體係,覆蓋從産品概念的萌芽到最終産品生産製造的每一個關鍵節點。 一、 孕育産品之魂:概念化與需求分析 任何一項成功的電子設計,其起點都源於一個清晰明確的構想,以及對用戶需求的深刻洞察。本書的第一部分將帶領讀者深入探索“概念化”這一抽象而至關重要的階段。我們將一起學習如何從模糊的想法中提煉齣核心功能,如何進行市場調研與競品分析,以確保我們的設計能夠填補市場空白,滿足用戶痛點。 構思的火花: 如何捕捉靈感?如何將零散的想法整閤成一個可行性的産品概念?我們將探討多種頭腦風暴技巧和思維導圖的應用,幫助您係統地梳理和發展産品創意。 用戶的聲音: 需求分析絕非紙上談兵。我們將詳細介紹用戶訪談、問捲調查、焦點小組等多種用戶研究方法,教會您如何傾聽用戶的真實聲音,準確把握産品的核心需求和潛在期望。 定義産品的靈魂: 基於初步構思和需求分析,我們將學習如何撰寫一份詳盡的産品規格書(Product Specification)。這份規格書將成為後續所有設計工作的基石,它需要明確定義産品的目標用戶、主要功能、性能指標、外觀要求、成本限製以及預期壽命等關鍵要素。 可行性評估: 在投入大量資源之前,對設計方案進行初步的可行性評估至關重要。我們將探討技術可行性、經濟可行性、市場可行性等多個維度,幫助您在項目初期就規避潛在的風險。 二、 構築産品的骨骼:電路原理設計與仿真 當産品概念清晰,需求明確後,便進入瞭電子設計的心髒地帶——電路原理設計。這一階段是將抽象的邏輯轉化為具體的電路連接的過程,直接決定瞭産品的核心功能實現和性能錶現。本書的第二部分將以嚴謹的邏輯和豐富的案例,深入剖析電路原理設計的每一個環節。 數字與模擬的交響: 從基礎的邏輯門電路、運算放大器、濾波電路,到復雜的微控製器接口、電源管理單元、通信協議實現,我們將係統講解數字電路和模擬電路的設計原理與方法。 元器件的智慧: 深入理解各種電子元器件的特性、選型原則以及在電路中的作用是電路設計的基礎。我們將詳細介紹電阻、電容、電感、二極管、三極管、MOSFET、集成電路(IC)等關鍵元器件的物理原理、技術參數以及如何根據應用場景進行精確選型。 構建完整的電路框圖: 在動手繪製詳細原理圖之前,一個清晰的係統框圖能幫助我們理清各功能模塊之間的關係。我們將教授如何將復雜係統分解為邏輯清晰的子模塊,並繪製齣直觀的係統框圖。 原理圖的藝術: 繪製一份專業、規範、易於理解的電路原理圖是電子工程師的基本功。我們將詳細講解如何使用行業標準的符號庫,如何閤理布局元器件,如何清晰標注信號綫、電源、地等,以及如何進行原理圖的層次化設計,提升設計的可維護性。 仿真:設計的“沙盤推演”: 在將設計付諸實踐之前,通過仿真來驗證電路的正確性和性能至關重要。本書將重點介紹多種常用的電路仿真技術和軟件應用。 DC分析 (直流分析): 驗證電路的直流工作點,確保元器件在正常偏置下工作。 AC分析 (交流分析): 評估電路對不同頻率信號的響應,如濾波器的頻率特性、放大器的增益帶寬積等。 瞬態分析 (Transients Analysis): 模擬電路在時間軸上的動態行為,觀察信號的上升下降時間、過衝、振鈴等,對於數字電路和高速信號設計尤為重要。 參數掃描與優化: 通過改變電路參數,觀察其對性能的影響,從而找到最優的元器件值和電路配置。 噪聲分析 (Noise Analysis): 評估電路中的噪聲源及其對信號的影響,對於低噪聲模擬電路設計至關重要。 濛特卡洛分析 (Monte Carlo Analysis): 考慮元器件的容差,評估電路在各種參數組閤下的性能變化,評估設計的魯棒性。 故障注入與魯棒性測試: 瞭解電路在異常情況下的錶現,如何抵抗電源波動、信號乾擾等,提升産品的可靠性。 三、 塑造産品的形體:PCB布局與布綫 原理圖隻是設計的藍圖,而印刷電路闆(PCB)則是承載電路功能、決定産品體積、成本與性能的關鍵載體。本書的第三部分將帶領讀者進入PCB設計領域,掌握將原理圖轉化為實際PCB的過程。 PCB基礎知識: 從PCB的層疊結構、覆銅、過孔、走綫寬度、阻抗控製等基礎概念入手,為讀者打下堅實的PCB設計基礎。 PCB布局的藝術與科學: 閤理的布局是PCB設計的靈魂。我們將深入探討: 元器件的擺放原則: 如何考慮信號流嚮、電源分配、散熱需求、屏蔽要求、可製造性(DFM)和可測試性(DFA)等因素。 高頻與高速信號布局: 針對信號完整性(SI)和電源完整性(PI)的挑戰,教授差分對布綫、阻抗匹配、地彈和串擾的控製技巧。 電源和地的規劃: 如何設計良好的電源和地平麵,最小化電源噪聲和地彈,確保電路穩定工作。 散熱布局: 對於發熱量大的元器件,如何進行閤理的布局,配閤散熱片等措施,保證産品在高溫環境下的可靠運行。 布綫的智慧與挑戰: 精準的布綫是實現電路功能和性能的關鍵。我們將重點關注: 走綫規則與約束: 如何設置最小綫寬、綫距、過孔大小等,滿足設計要求。 差分信號布綫: 學習如何進行等長、等差、零抖動的差分對布綫,以保證信號的完整性。 阻抗控製布綫: 對於要求阻抗匹配的信號綫(如射頻信號、高速數字信號),我們將介紹如何通過綫寬、介質厚度、介電常數等來精確控製走綫的阻抗。 信號完整性(SI)的優化: 講解串擾、反射、振鈴等信號完整性問題産生的原因,以及相應的布綫策略來規避和改善。 電源完整性(PI)的保障: 如何通過優化電源平麵、使用去耦電容、閤理布局電源綫等來保證電源的穩定。 規則檢查(DRC): 強調使用設計軟件的DRC功能,及時發現並修復布局布綫過程中可能齣現的規則違背,確保PCB的可製造性。 三維空間下的考量: 隨著産品小型化、集成化需求的提升,我們將探討如何在有限的三維空間內實現最優的布局布綫,包括多層闆的設計、堆疊的應用等。 四、 生産與驗證:從設計到産品的躍遷 再好的設計,也需要轉化為實際的産品纔能發揮價值。本書的第四部分將聚焦於設計成果的落地,涵蓋生産製造、供應鏈管理和産品驗證等關鍵環節。 PCB製造流程: 瞭解PCB的加工過程,從製版、鑽孔、沉金/噴锡、阻焊、絲印到測試,有助於在設計時就考慮可製造性。 BOM(物料清單)的生成與管理: 一份準確、完整的BOM是生産製造的起點。我們將講解如何生成BOM,如何進行元器件的標準化和物料替代,以及如何管理BOM的版本。 Gerber文件的生成與審查: Gerber文件是PCB設計數據的標準輸齣格式,用於指導PCB的生産。我們將詳細介紹Gerber文件的生成參數,以及如何使用 Gerber 查看器進行審查,確保文件準確無誤。 焊接工藝與可製造性設計(DFM): 不同的焊接工藝(如波峰焊、迴流焊、手工焊接)對元器件的封裝、間距、焊盤設計有不同的要求。我們將探討如何進行DFM,以降低生産成本,提高良品率。 組裝與測試: 瞭解産品組裝的流程,以及功能測試、性能測試、可靠性測試等的重要性。 供應鏈與成本控製: 在設計階段就需要考慮元器件的采購成本、交期以及供應商的可靠性,如何通過設計優化來降低整體成本。 産品認證與閤規性: 瞭解産品上市前可能需要的各類認證(如CE、FCC、RoHS等),以及設計過程中需要遵循的相關標準。 五、 持續優化與未來展望 電子設計是一個不斷迭代和進步的過程。本書的最後一章將著眼於設計的優化和未來的發展趨勢。 設計評審與反饋: 如何進行有效的內部和外部設計評審,從同行或潛在用戶那裏獲取有價值的反饋。 問題排查與調試技巧: 麵對設計中齣現的各種問題,如何運用科學的方法進行定位和解決,掌握必備的調試工具和技巧。 新技術與新趨勢: 簡要介紹當前電子設計領域的熱點技術,如人工智能在設計中的應用、物聯網(IoT)的設計挑戰、低功耗設計、射頻(RF)設計的前沿技術等,為讀者指明學習方嚮。 知識體係的構建: 鼓勵讀者建立終身學習的習慣,不斷更新知識,提升設計能力。 《電子設計之道:從概念到成品的全方位指南》並非一本速成手冊,而是一份伴隨您整個電子設計生涯的良師益友。它力求通過深入淺齣的講解,結閤豐富的實例,將復雜的電子設計理論與實踐相結閤,幫助您構建起紮實的理論基礎,掌握實用的設計技能,最終實現將創意轉化為現實的飛躍。無論您是剛剛踏入電子設計領域的新手,還是希望進一步提升專業技能的資深工程師,本書都將為您提供寶貴的指導與啓發,助您在電子設計的道路上行穩緻遠,創造齣更多令人驚嘆的電子産品。