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1、第9章 Allegro PCB系统互联设计平台,9.1 概 述 9.2 Allegro环境下PCB板设计介绍 9.3 Allegro使用的文件类型与项目目录 9.4 使用项目管理器Project Manager 9.5 系统环境要求和安装 9.6 小 结 9.7 习 题,Chap 9 绪 论,基本内容: Cadence公司开发了很多功能强大的电子线路CAD软件。Cadence Allegro系统互连平台能够与其他平台合作，进行跨集成电路、封装和PCB的高效率、高性能协同设计工作，该平台的约束驱动设计流程和协同设计方法能够优化集成电路、封装和印制电路板之间的系统互连，从而避免硬件返工，降低成本和
2、缩短设计周期，加快产品上市时间。 基本要求: 了解Allegro软件体系及其高速PCB设计软件的基本特点，为后面章节的进一步学习打下基础。,9.1 概 述,Cadence Design Systems是全球最大的电子设计自动化产品、程序方案服务和设计服务供应商，它提供很多EDA设计软件和服务，运行软件的系统平台比较多，如Unix，Windows等。它所提供的各种EDA软件，可以完成电子设计的所有任务，包括专用集成电路ASIC设计、FPGA设计和PCB板设计。在仿真、电路图设计自动布局布线、板图设计及验证等方面有着绝对的优势。 Cadence公司的产品之一：Allegro系统互连平台，它运行于W
3、indows系统。该系统平台集合了所有现有的Cadence面向IC封装和PCB设计的技术。 本章内容主要集中于PCB板设计。,Allegro的产品系列,Allegro软件在15.0版及之前，产品包装常使用PSD名称，含义是PCB系统设计。 15.2版之后，Allegro 的产品包装有重新的分类及定义。由于自15.2版起强调的是S-P-B ( Silicon-Package-Board 芯片-封装-板图)，所以改称为SPB。 Allegro根据不同用户情况划分为各种软件包系列，价格各不相同，每个软件包含有多种软件。,Allegro 14.2版本,14.2版本中最高端的套装产品称为PCB Desi
4、gn Expert，它的功能最强，包括高速信号线的电气、物理特性的设定等； 其次，称为PCB Designer，它除了缺少高速信号的电气设定外，和PCB Design Expert 功能相同；低端产品称为PCB Studio，它没有高速信号线特性设定，没有加测试点，不能用公司的skill语言；另外，为用户需要，又提供了PCB Studio Performance，它是加在Studio上的一个选择项，最终能使Studio和PCB Designer功能相同。,表9-1展示15.0版和15.2版部分软件的对应名称,Allegro 15.2版本,Allegro分成200及600系列，200系列是指PC
5、B Design Studio，600系列是指PCB Design Expert。Allegro自己的电路图设计及输入软件称为Concept HDL，合并OrCAD公司后，也使用它的Capture CIS。 SPB 15.5 版的软件又进行了一些互相组合，表9-2是与之前所用名称的一些对照。,9.2 Allegro环境下PCB板设计介绍,从整体上看，电路板的设计及生产流程一般为： (1) 产品规格(Specification)设计，即“做什么”。此项工 作要根据市场及用户要求，考虑具体应用设备，弄清产品目标，讨论而定。 (2) 电子工程师收到电子部分的详细规格说明后，设计确定电子电路图及板子外
6、观尺寸。 (3) 布局工程师与电子工程师合作，根据详细的电子电路图及板子尺寸规范，设计PCB板图，最后得到制版文件。 (4) 制版工厂根据设计文件，生产PCB样板。 (5) 电子工程师收到样板，安装元件并调试。 (6) 验证正确，既可批量生产PCB板；否则，需要修改规格说明或修改布局，重新生成PCB制版文件。,在这过程中，利用 Allegro进行PCB板基本设计工作一般要用到下面五个工具：,(1) Project Manager 项目管理器。 (2) Allegro Design Entry HDL电路原理图输入工具，简称为DE HDL。 (3) Allegro PCB Editor布局拉线工
7、具，简称为PCB Editor，用户利用它摆放器件，产生工艺文件。在使用中，还可应用自动拉线工具Allegro PCB Router。 (4) Design Sync 板图设计数据同步工具，用于DE HDL和PCB Editor间数据的传送和一致性对照。 (5) Constraint Manager约束管理器，用于定义电气规则，可在DE HDL或PCB Editor中启动。,注意：Allegro以前版本与此可能不一致。,9.2.1 预备工作部分,硬件开发人员根据规格要求，使用CIS或是HDL软件工具绘制、修改线路图，取得电子设计图。线路图范例如图9.1所示。,图9.1 89C51单片机扩接外部
8、RAM线路图示例,此例为一个单片机(ATMEL公司89C51)外扩一片32K8位字节长度RAM(NEC公司uPD43256)电路，电路中所用锁存器为National Semiconductor公司的74HC373。电路板结构外形示例下图所示：,Allegro生成文件一般为AutoCAD的DXF文件形式。系统提供有封装零件库，但对于库内找不到的特殊零件，其封装往往需要开发人员根据有关资料自己构建设计，两者综合而形成下一步设计PCB板的工作中要使用的封装零件库。 以Design Entry CIS为例，可以将该零件所对应的封装填入PCB Footprint Property 中。系统在处理信号网络
9、表(netlist)时，会从PCB Footprint Property 取得设计电路板所需的封装资料。 使用Design Entry CIS或Design Entry HDL绘制并修改好的线路图，经检查无误后，就可以产生用于Allegro制版的讯号节点表文件(netlist files)。,9.2.2 PCB设计部分,此为电路板设计流程中最重要的环节，在PCB Editor中完成。一般而言，要做的工作有： (1) 读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料。 (2) 摆放零件。 (3) 拉线/摆放测试点。,可通过菜单项FileImportDXF读入PCB板外形结构设计数据。 可通过菜单项Fi
10、leImportLogic读入Design Entry CIS或Design Entry HDL或第三方类型电路板设计数据。 可通过菜单项FileImportPADS或PCAD读入此两种格式的电路板焊盘数据文件。还有其他一些Import选择项。,读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料,用户可以根据线路图所产生的BOM文件，取得用于PCB板摆放元件(Layout)时所需要的零件(在Layout中所需要的零件称为Symbol)封装(Foot print)资料。若该零件不在现有的Layout 零件库内，则需要根据该零件之封装资料，建立该新的Layout零件。 提示：对照而言，画线路图时所使用到的
11、零件称为Part，其外形封装称为Package。,读取电子电路/PCB板外形结构设计数据资料。,一般先摆放确定位置的零件，如固定螺丝孔等。 随后按照主次先放重要零件， 最后放次要零件。 摆放过程中，还要考虑电路图中各级零件的前后次序，以免拉线不合理或拉线过长。,摆放零件,在拉线之前，一般已输入拉线规则，如线宽、安全线距以及线长等，系统可以利用它自动检测。 拉线可分为人工拉线和自动拉线。 人工拉线比较费事，如果设计人员技术水平足够，效果应该不错。 自动拉线要利用Auto Router拉线软件，效果不一定很好，有可能导致结果为多层板，使用过多的过孔，经常要利用人工进行再修改。拉线完毕后，经常需要在
12、各条信号线上安放测试点，以备将来检测板子之用。最后，对于设计的板子，还要人工进行修板，例如，将90转折线改为45、线条拉直等。,拉线/摆放测试点,9.2.3 PCB设计的后处理部分,有3项工作： (1) 文字面处理 (2) 底片处理 (3) 报表处理,文字面处理,第一部分为零件序号重排(Rename)。由于设计出的电路板上的零件序号(RefDes，即Reference Designator)是线路图上的序号，与这些零件在电路板上的位置无关，为了使工程师能根据零件序号快速地找到某个零件，可以按照零件在电路板上的位置，依顺序重排它们的序号；而重排后的新零件序号要传回电子线路图并加以修改，以使线路图
13、与电路板的数据保持一致。这种回传的动作称为Back Annotation(反标)。 第二部分为整理文字层面。主要整理的内容为：将零件以外的相关信息加入文字层面(Silkscreen Layer)，例如：公司名、板子名和编号以及版本等信息。调整这些文字方向，以便辨认。重放零件序号位置，以免被零件挡住或者被过孔截掉。,底片处理,底片处理分为5类，是PCB生产工序所需的最终资料。 走线层。给出各层走线图形。底片图的数量根据走线层数而定。多层情况下，有：面层TOP、底层BOTTOM、电源层VCC、地线层GND、中间层IN等。 丝印文字层。只有表面一层底片。给出零件编号、极性、方向等，便于安装检查和调试
14、。 阻焊层。为保证焊接质量，防止误焊，避免氧化，要在板上无需焊接的部位涂敷防焊材料。本类底片图形给出相应形状，有底和面上2层，即MASK_TOP和MASK_BOT。 涂锡层 (Pastemask Layer)。最后的组装工厂在往电路板上放置表面贴装SMD零件之前，均要求SMD零件的焊盘PAD上面要有一层焊锡。此底片图给出相应的需焊锡部位尺寸。在生产PCB板时，需要利用此底片。只有正面1层，即PAST_TOP。 钻孔图(Drill Map)。提供电路板工厂作为钻孔的参考依据，底片图名DRILL。底片文件均采用Gerber公司格式，常称为Gerber文件，也有称其为Artwork文件。,报表处理,
15、产生该电路板相关的报表，提供给后续的工厂作业人员在工作上必要的信息，目前常用的报表有下列4 种： 零件列表(Bill Of Material Report)。 零件坐标列表(Component Location Report)。 讯号节点列表(Net List Report)。 测试点列表 (Testpin Report)。,9.3 Allegro使用的文件类型与项目目录,(1) 用于记录运行信息 (2) 与具体正在设计的PCB板有关的文件 (3) 支持的报告文件和输入/输出文件类型,用于记录运行信息,具体正在设计的PCB板有关的文件,支持的报告文件和输入/输出文件类型,项目目录,设计每个线路
16、板都可以有自己的项目目录，项目目录内含有两个setup文件。当启动程序，例如Project Manager，开始一个新项目时，系统运行互动式Wizard，生成这两个文件。分别为： (1) .cpm 启动新项目时，Wizard会要求使用者输入项目名称。项目名称只能使用小写字母和下划线。项目名称加上后缀.cpm成为项目文件名称。项目文件含有该项目各个设计(design)的名称，以及设计和零件库文件搜索列表。 (2) cds.lib 含有对应的.cpm库文件入口。这些库文件要先在cds.lib中定义，然后才能加入到cpm搜索列表中。cds.lib中的设计数据库文件入口分为两部分：名称及其在文件系统中
17、所处的位置。,项目目录安排,每个项目之下均可含有多个设计，又称为项目组成部件，它们往往对应于项目中的多个小系统。如图9.3所示中只列出一个设计Micro_Controller。该设计目录下面安排相应的全部视图文件。项目视图即为该项目所有的数据文件。例如，其下的sch_1子目录含有该设计所有输入的电路图，sym_1子目录含有该设计所有的图形符号，packaged子目录含有所有打包后的文件等。,9.4 使用项目管理器Project Manager,项目管理器的任务主要为： (1) 建立或打开一个设计项目。 (2) 启动设计工具。 (3) 在设计工具间进行数据信息流通。 (4) 设置设计项目。它支持
18、数据管理(DM)型开发项目，DM型项目允许多人合作开发，即，在设计电路板时，同时维护开发数据库。,9.4.1 项目管理器用户界面,在Windows下，选定Allegro SPB 15.5的Project Manager后，启动画面如图9.4所示。在此对话框中，选择某系列，例如Design Entry HDL 230，然后单击OK按钮，进入如图9.5所示的窗口。为简单起见，书中以后将Design Entry简写为DE。,其中视图部分有三个按钮，分别为Create Design Project(建立一个设计项目)，Create Library Project(建立一个库项目)，或Open Proj
19、ect(打开一个项目)。如果单击Create Design Project，系统将给出Wizard，进行新项目建立工作；如果单击Open Project项目，系统将激活该已存在项目，以便开展工作。 单击Open Project，系统给出提示，指导建立工作，界面如图9.6至图9.9所示。,9.4.1 项目管理器用户界面,单击Create Library Project，系统给出提示，指导建立工作，界面如图9.10至图9.13所示。,设定完毕后，根据系统上次退出时的设置，窗口将变为库项目工作窗口如图9.14所示或设计项目工作窗口如图9.15所示，开发人员可以开始有关设计工作。如果需要在此两窗口间切
20、换，可选择菜单项FlowsBoard Design或FlowsLibrary Management。,如图9.14所示的窗口视图部分给出了一个库项目工作可能需要的基本流程。分别为： (1) Import：导入，从别处输入库数据。 (2) Part Developer：电路图中部件设计。 (3) Edit Simulation Views：编辑模拟仿真。 (4) PCB Symbol Edit：摆放零件编辑。 (5) Verify：验证。 (6) Export：导出。,图9.14 项目管理器设定后的库项目界面,如图9.15所示的窗口视图部分给出了设计一块电路板所需要的基本流程。分别为： (1)
21、Design Entry：单击此按钮，进入原理图输入工作。 (2) Design Sync：DE电路图与制版之间数据转换和一致性比对。单击此按钮，将出现一个下拉菜单，允许数据导入导出PCB Editor或比对。 (3) Layout：单击此按钮，进入PCB Editor，进行元器件摆放和布线工作。 (4) Floor Planner：单击此按钮，进入高速线路板设计和仿真界面。,Setup用于参数设置。单击，显示如图9.16所示,9.4.2 项目管理器菜单和工具栏项目管理器菜单,菜单栏下面是工具栏Tool Bar，工具栏中的按钮与菜单项一一对应。当使用鼠标指向某个工具按钮时，窗口最下部的状态栏S
22、tatus Bar中将给出相应的菜单项名称。可使用菜单项View - Tool Bar或Status Bar开闭工具栏和状态栏。,Project Manager 菜单项一些主要内容：,菜单项File下各子项 菜单项View下面各子项 Tools各项 Flows项内有三个子项 Options-Customize项,菜单项File下各子项,(1) Allegro各系列软件之间很容易切换，在这里，可单击菜单项FileChange Product来完成切换。 (2) FileFile Viewer：将可以查看具体某个文件，例如 log文件的文本。 (3) 想将某个项目装入Project Manager
23、作为当前打开项目，或者将当前项目存放，可用菜单项FileImport或Outport导入或导出项目文件。 (4) FileOpen，Close，与视图按钮对应，用于打开或关闭项目。New用于新建一个设计项目和设计数据库，一个设计项目可包含多个设计和设计数据库。 (5) FileImport IFF：装入一个IFF格式的电路到Design Entry HDL。,菜单项View下面各子项,ViewHide Flow：可以从主窗口切换至如图9.17所示工具条，该工具条固定置于Windows桌面最顶端，类似于一个设计工作台，便于用户进行项目管理工作，其中各按钮与如图9.14或图9.15所示中工具(To
24、ols)菜单项中各主要子项有对应关系；单击如图9.17所示工具条中最右边的按钮返回主窗口如图9.14或图9.15所示。 图9.17 Windows桌面Project Manager工具栏 (2) ViewProject Settings：列出项目各种设置。有多个子项。 (3) ViewProject Libraries：列出项目所用各类。 (4) ViewRunning Tools：列出当前项目正在运行的各种工具(做何事)。,Tools各项,Library Tools子菜单：设计数据库使用的工具，有多个子项，可以设置与编辑修改模板；搜索原理图使用的零件数据；打开原理图库开发管理窗口；可以将Ca
25、pture库内容或XML文件装入Design Entry HDL或相反；建立和编辑原理图使用的零件数据等。 Variant Editor：用于建立和管理互相间有较少差异的设计系统。 Programmable IC：可编程器件使用工具。 CRefer：交叉引用工具。所谓交叉引用，指在绘制电路图时，如果线路复杂，较难追踪信号。这种情况尤其发生在多电路板时，此时可以使用它预先设置一些参数，以便寻找到信号去向或来源。 Rules Checker：Design Entry HDL 中使用的规则核对工具。 Hierarchy Editor：使用一张表或树的形式来查看某设计的各层。 Setup：是一个综合界
26、面，用于Allegro各软件的参数设置。 PCB Editor：进入元件布局和拉线，开始制版。 Design Entry HDL：进入电路原理图输入工作。 SI：进入SI。SI是Allegro的高速电路系统级和板级设计环境，它包含SI Design Editor，SigXplorer以及Timing Spread Sheet三部分。 Design Sync：进入电路图与制版数据同步校核。Design Sync用于打包所设计的电路图并可以创建Allegro信号网表文件，以备PCB Editor使用。其下有三个子项：其中，Export Physical可将信号网表装入PCB Editor；Impo
27、rt Physical可将数据从PCB Editor取回，完成backannotate操作；Design Differences选项用于比照电路图和PCB板，使两者一致。还可以从DesignEntryHDL中启动Design Sync工具项。 Simulate，启动仿真界面。,Flows项内有三个子项,当用户分别选择其中Board Design(电路板设计)，Library Management(库管理)，Programmable IC(可编程器件)时，窗口的视图部分也分别出现相应的工作流图，相当于工作指南，用户可按流程图上标明的按钮，按序完成工作。与Tools菜单项下的Programmabl
28、e IC(可编程器件使用工具)子菜单项配合，Programmable IC用于进行可编程器件的一些设计工作,Options-Customize项,用于客户自行订制Project Manager。即针对开发人员开发的每个具体项目，定制所需Project Manager。所谓定制，指Project Manager显示不同的工具条以及工作流图界面，以便具体开发人员工作。,9.5 系统环境要求和安装,9.5.1 系统环境要求 至少：Intel Pentium II及兼容CPU(300 MHz及以上)；256 MB物理存储器；2 GB HD；300 MB虚拟存储；800像素600像素SVGA卡32，76
29、8色。 推荐：Intel Pentium III及兼容CPU(900 MHz及以上)；512 MB物理存储器；10 GB HD；500 MB虚拟存储；1280像素1024像素真彩图像卡。 注意：对于产品 SI 620(PA7620)及产品 Designer 620(PA6620)的系统要求为：至少 Intel Pentium III (1 GHz CPU)；1GB RAM；3GB交换空间；2GB可用硬盘空间。 9.5.2 安装 安装完Allegro系统之后，还要设置Windows环境变量，可在Windows桌面环境下运行本机的Start |【设置】|【控制面板】|【系统】|【高级】|【环境变量
30、】来完成，关联环境变量有LM_ LICENCE_FILE、HOME以及CHDL_LIB_INST_DIR等，有些需要用户设置，有些在安装中已通过输入信息的方式加以设置。 Windows系统变量HOME的值为Allegro在计算机中的工作目录路径，LM_LICENCE_ FILE变量表明Licence文件所在目录路径。,9.6 小 结,本章开始部分介绍了Cadence公司的Allegro软件的整体情况及相应沿革。随后，又介绍了本部分叙述中的一个实例所用的各个零件的尺寸数据及引脚电路图，以备后面章节利用。所用的文件类型和工作目录等是学生在学习中一定要了解的，所以也必须加以简介。本章后半部分是为正式使用Allegro进行PCB板设计开发作准备，主要是项目管理器Project Manager。,1. Allegro软件的特点有哪些？其文件系统中文件种类大约有哪些？ 2. 尽可能地给出Cadence公司的EDA软件种类以及互相关系。 3. 项目管理器有何作用？其界面下的菜单项和工具条的作用大概有哪些？ 4. 给出设计任务后，要考虑哪些电路、元件以及板子的因素？ 5. PCB板的设计顺序一般是什么？,9.7 习 题,