电子线路CAD讲课教案课件

电子线路CAD第一章 初识初识Protel 99 SEl Protel 99 SE的组成和特点 SCH PCB SIM PLD l Protel 99 SE的安装l系统参数的设置 7/9/20242psp2004 Protel 99 SE 文件管理 双击Protel 99SE 图标，点击File(文件)中new项，新建设计数据库。新建设计文件，有两种方式：1.MS Access Database方式，全部文件存储在单一的数据库中。2.Windows File System方式，全部文件被直接保存在对话框底部指定的磁盘驱动器中的文件夹中，在资源管理器中可以直接看到所建立的原理图或PCB文件。7/9/20243psp20047/9/20244psp2004 在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库1设计组（Design Team）2回收站（Recycle Bin）3设计管理器（Documents）7/9/20245psp20047/9/20246psp2004 打开和管理设计数据库打开和管理设计数据库Protel 99 SE包括许多设计例子，我们下面可以举例说明。选 择 文 件 打 开 菜 单 Design Explorer 99SEExample，点击photoplotter.ddb文件，左侧窗口呈现树状结构。点呈现下一层子目录或文件，点将关闭此文件夹点Photohead.pcb 文件，PCB版图将出现，点Photohead.prj,原理图管理文件将被打开。关闭文件，可以用鼠标右键，选择Close也可以用CTRL+F4来关闭。7/9/20247psp2004 观看多个设计文档观看多个设计文档 开Photoplotte.ddb设计数据库，点找到Electronics 和Photohead文件夹，打开Photohead Parts list 设 计 窗 口，用 同 样 方 法 打 开Photohead.pcb文 件 和 Photohead.prj文 件。在Photohead Parts List窗口下击鼠标右键，选择Split Horizontal”菜单，界面将被水平分割。在Photohead.prj设计窗口下点右键，选Split Vertical 菜单。界面将被垂直分割可以用鼠标调整分割窗口的大小。要想分割更多的窗口，可重复上述操作。7/9/20248psp20047/9/20249psp2004 多层次图纸设计多层次图纸设计 下面举例说明：打开LCD Controller.ddb设计文件，打开LCD Controller.prj原理图设计窗口。我们看到许多绿色矩形框，叫做原理图模块，每一个原理图模块里包含一张图纸，一个总的原理图可以包含多个子原理图。选择“Design”下的“Create Sheet From Symbols“由符号生成图纸，如果已经画好原理图，选择“Design”下的”Create Symbol Form Sheet”由图纸生成符号。利用工具条上的点取输入端口，可以在总的原理图与子原理图之间切换。7/9/202410psp20047/9/202411psp2004第二章 Protel 99 SE 原理图设计基础 1.启动原理图设计系统 2.原理图设计系统环境的设置 设置图纸 设置网格与光标 View视图菜单的使用3.工具栏的打开与关闭 7/9/202412psp2004第三章第三章 绘制简单电路原理图绘制简单电路原理图 1.挂接、卸载元器件库2.放置元器件方法 用菜单放置元器件 用元件库管理器放置元器件 用工具栏放置元器件 7/9/202413psp20043.编辑元器件属性编辑单个元件属性 批量编辑元件属性7/9/202414psp20044.元件位置的调整元件的移动 元件的选态与取消选态元件拷贝与剪切元件的阵列粘贴 元件的删除 元件的排列与对齐7/9/202415psp20045.放置电源与地线7/9/202416psp20046.放置节点与连接线 放置节点 放置连接线 确定起始点和终止点，Protel 99 SE 就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择“Place/Wire”后，按空格键切换自动连线方式。观察状态栏就可以看出“Auto Wire”Protel 99 SE 自动连线、任意角度、45连线、90连线，使得设计者在设计时更加轻松自如。只要简单地定义AutoWire方式。自动连线可以从原理图的任何一点进行，不一定要从管脚到管脚。7/9/202417psp20047.7.放置文本并编辑其属性放置文本并编辑其属性 8.8.放置网络标号并编辑其属性放置网络标号并编辑其属性 9.9.绘制一张简单的电路原理图绘制一张简单的电路原理图 7/9/202418psp2004第四章 多层次复杂电路图设计 1 层次电路图绘制方法 自顶向下层次电路图设计方法 自底向上的层次电路图设计方法 重复性层次图设计方法 7/9/202419psp2004自顶向下层次电路图设计方法自顶向下层次电路图设计方法7/9/202420psp2004自底向上的层次电路图设计方法7/9/202421psp2004重复性层次图设计方法7/9/202422psp20042 层次电路图的基本部件及属性 l方块电路符及属性l电路内部端口及属性l一般端口及其属性l总线及其属性l总线分支线及其属性 7/9/202423psp20043 层次电路图的绘制实例 例：Design Explorer 99 SEExamplesZ80 Microprocessor.ddb7/9/202424psp2004l层次电路原理图绘制l层次电路原理图元件编号l建立层次关系 7/9/202425psp2004第五章 原理图报表 1.ERC报表 l电气规则检测ERC设置 lERC检测报表 7/9/202426psp2004原理图常见错误 lERC报告管脚没有接入信号：a.创建封装时给管脚定义了I/O属性；b.创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上；c.创建元件时pin方向反向，必须非pinname端连线。7/9/202427psp2004l元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。l创建的工程文件网络表只能部分调入pcb：生成netlist时没有选择为global。l当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate.7/9/202428psp20042 原理图网络表 l设定产生网络表的各种选项lProtel 原理图网络表格式l网络表产生过程l原理图网络表的检查7/9/202429psp20043 元件列表 4 交叉参考表 7/9/202430psp2004第六章 原理图库编辑器 1 元件库编辑器 l元件库编辑器启动l元件库编辑器界面简介 7/9/202431psp20042 元件库管理 l元件管理器l利用Tools菜单管理元件l查找元件l元件及元件库报表 7/9/202432psp2004第七章 电路仿真技术 Protel99 SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。其仿真引擎与3F5完全兼容，支持所有标准的SPICE模型。它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。Protel中支持的电路分析类型有：静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析，付立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。7/9/202433psp2004 仿真的电路，必须满足以下条件l 首先，必须用仿真库中的器件（或用户自己建的器件仿真模型和器件符号）搭成电路;l 其次必须有激励源；l 对所关心的节点建立网络标号；l 如需要，设定初始条件。7/9/202434psp20047.1 仿真库 7.1.1 添加仿真库 仿真库在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb7.1.2 仿真库的研究 7/9/202435psp2004电路元件模型定义和描述 l二极管模型 IS：饱和电流 RS：欧姆电阻 CJ0：零偏压结电容TT：渡越时间BV：反向击穿电压IBV：反向击穿时电流7/9/202436psp2004三极管的模型主要参数 IS 饱和电流 BF 放大倍数 ISE B-E漏饱和电流 BR 反向放大倍数 ISC B-C漏饱和电流 RE 发射极电阻 RC 集电极电阻 CJE B-E零偏压结电容 CJC B-C零偏压结电容 CJS(CCS)C-衬底结电容 7/9/202437psp20047.2 常用仿真电源描述常用仿真电源描述Simulation symbols.lib7.2.1 直流仿真电源 7/9/202438psp20047.2.2 正弦仿真源正弦仿真源 属性选项。lDC 直流分析幅度lAC 交流小信号分析时，幅度，通常为1VlAC Phase AC相位lOffset 偏置电压7/9/202439psp20047.2.2 正弦仿真源正弦仿真源 lAmplitude 交流信号幅度lFrequency 频率lDelay 延迟时间lDamping 阻尼因子lPhase 初始相位 l见图sin.sch7/9/202440psp20047.2.3 周期脉冲源周期脉冲源 lDC DC幅度（忽略)）lAC AC幅度（交流小信号分析时，通常为1V）lAC Phase 交流相位lInitial 初始电压lPulsed 脉冲电压值lTime Delay 延迟时间7/9/202441psp20047.2.3 周期脉冲源周期脉冲源 lRise Time 上升时间lFall Time 下降时间lPulse Width 脉冲宽度lPeriod 脉冲周期lPhase 脉冲相位l 在Protel99 SE中，脉冲电压源为VPULSE;脉冲电流源为IPULSE。7/9/202442psp20047.2.4 分段线性源分段线性源 l分段线性源形中的每一点可由（Ti，Vi）描述，并且每一对值（Ti，Vi）表明信号源在时刻Ti的值。l在99SE中，分段线性电压源的名称为VPWL，分段线性电流源名称为IPWL。可在分段线性电压源属性对话框的Time/Voltage 区域中输入各时刻所对应的电压值。如是分段线性电流源则输入各时刻所对应的电流值。lFile Name区域，用户也可以通过文件输入的方法给出分段线性电压源的波形数据。此法对波形复杂、数据量大时使用。用户只需把分段线性源的波形数据存于一个扩展名为.pwl的文件即可。7/9/202443psp20047.3 初始状态设置初始状态设置 l7.3.1 节点电压设置NS l7.3.2 初始条件设置IC 7/9/202444psp20047.4 绘制一个可用于仿真分析的电路原理图绘制一个可用于仿真分析的电路原理图 7/9/202445psp2004分析分析lRe交直流负反馈lCe发射极旁路电容，降低Re 交流负反馈7/9/202446psp20047.5 波形信号分析及操作波形信号分析及操作 l7.5.1 显示单个波形 l7.5.2 显示测量光标 l7.5.3 波形局部放大 l7.5.4 插入新的波形单元格 l7.5.5 观察该电路中其他节点信号 7/9/202447psp20047.6.1 一般设置-General页面设置 7/9/202448psp20047.6.2 静态工作点分析 静态工作点分析是其它各种仿真分析的基础，一般而言，在进行各种分析之前，应首先分析其静态工作点。此时，所有电感视为短路，所有电容视为开路，对于二极管或三极管的电路元件参数与其直流工作点有关，直流工作点也叫静态工作点或偏置点。我们要看它的静态工作点，只要运行仿真分析，点击仿真界面下面的Operating Point选项，就可弹出不同节点的静态工作点电压，在仿真界面的左侧“Waveforms”中，选择要看的节点，点击“Show”，仿真界面就会显示出选中点的静态工作点电压。7/9/202449psp20047.6.3 瞬态分析和傅里叶分析 l 在瞬态分析中，被分析的变量是时间的函数，所得到的是电路时域分析响应。瞬态分析的仿真参数设置十分关键，如果设置不合理，将影响仿真分析，得不到仿真结果。付立叶分析是利用瞬态分析的输出结果用离散形式表示出来。付立叶级数的系数可用前面提到的仿真设置中的公式计算得到。因此，付立叶分析要结合瞬态分析同时仿真，利用Protel99 SE就可轻松得到付立叶级数结果。7/9/202450psp2004l注意：在做付立叶分析时，主菜单设置界面中的“Collect Date For”选项中通常选择“Node Voltage and Supply Current”。7/9/202451psp2004例7.1 基本放大器的静态工作点分析和时域(暂态)分析1、添加仿真元件库本例添加的仿真元件库路径在：Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb7/9/202452psp20042、放置仿真元器件方法和绘制Sch原理图一样 3、放置电源或信号源方法1：用菜单SimulateSource下的命令 方法2：用仿真电源工具条中的命令(执行菜单命令ViewToolbarsSimution Sources命令来切换)。本例用+12V的电源和10K、1mV的正弦信号。7/9/202453psp2004例7.1 电路原理图7/9/202454psp20044、设置节点方法1、用PlaceNet Label命令；方法2、用画线工具条中的Net命令(执行菜单命令ViewToolbarsWrings Tools命令来切换)。7/9/202455psp20045、启动仿真本例进行时域(暂态)模拟，所以执行SimulateSetup SimulatorTransient命令，即 7/9/202456psp20046、进行仿真设置在上一步骤中弹出“时域分析对话框”：7/9/202457psp2004其中：Duration(s):指时域分析结果显示的时间长度。一般显示信号三、四个周期的波形比较合适。Display(s):指相邻显示点的时间间隔。Start(s):显示起始时间，缺省为0。Run:单击该按钮，程序开始进行时域分析。最后得到仿真结果：7/9/202458psp20047/9/202459psp20047.6.4 直流扫描分析 直流扫描分析是使输入源电压从设定的初始值到终止值阶梯状改变，从而观察所关心节点的直流传输特性曲线，也就是电路的直流转移特性。如果分析一个三极管限幅器的限幅特性，利用直流扫描分析即可获得。在此电路中，我们设置V2为主独立源，在直流扫描对话框中输入起始电压，终止电压和步长，运行分析可以看到E、B、C三点的传输电压。7/9/202460psp20047.6.5交流小信号分析 交流小信号分析是在一定的工作频率范围内分析电路的频率响应，被分析的变量是频率的函数。在交流分析中，电路中必须有一个交流电源。在交流小信号设置菜单中设置起始频率终止频率（参考前面的仿真设置章节），运行分析就可得到频率响应曲线。在选中的波形上点击鼠标右键可以观看输出的虚部、实部，幅值（幅度或分贝数），相位（度或弧度）和群时延。同时，我们还可以利用Protel99 SE丰富的波形运算函数建立新的波形。可以利用左侧测量标尺A、B测量波形。X轴可以是线性的也可以是对数的，Y轴是幅度。在此电路中我们可以测量出交流小信号的主频大约在10MHZ。7/9/202461psp20047.6.6 温度扫描分析温度扫描分析 温度扫描分析用来确定温度漂移性能指标。我们只要简单的设置温度范围，运行分析就可得到仿真结果。如果波形重叠在一起不容易观测，可以调整X、Y轴比例，或用鼠标左键拉伸窗口放大显示。7/9/202462psp20047.6.7 参数扫描分析参数扫描分析 参数扫描分析是在用户指定的参数变化范围内，分析对电路特性发生的影响。扫描的参数对于电阻是它的阻值变化范围，对于三级管可以是放大倍数（BF）。参数分析通常与直流、交流或瞬态分析结合使用。Protel 99 SE 参数扫描分析?7/9/202463psp2004例7.2 倍压整流电路的设计和参数调整如图所示 17V0.1A 倍压整流电路7/9/202464psp2004要求：lTransient 分析，观察Ui、Uo波形分析工作原理。l调整C1,C2为合理参数,Uo输出的谷值大于 17V。l 提示:C1,C2的值在200uF-2000uF 之间选择.7/9/202465psp20047.6.8 噪声分析噪声分析 噪声源:电路中每个产生噪声的元件都视为一个噪声源,电路都会产生内部噪声。在噪声分析中，电容、电感和受控源视为无噪声元件。输出节点的总噪声用每个噪声源的噪声电压的均方根值相加得到。利用噪声分析可以计算出噪声增益及输入等效噪声电平。特别是对于设计微弱模拟信号放大器，噪声分析是很有意义的。7/9/202466psp20047.6.9 传递函数分析传递函数分析 传递函数用于观测整个电路的直流输入、输出电阻和直流增益。7/9/202467psp20047.6.10 蒙特卡罗分析蒙特卡罗分析 l蒙托卡洛来自欧洲著名赌城Monte Carlo，后来就以通过随机模拟和统计实验来求解数学、物理和工程技术问题近似解的方法称作蒙托卡洛方法。7/9/202468psp20047.6.10 蒙特卡罗分析蒙特卡罗分析l在电路中，电阻、电容、电感等器件都存在误差，碳膜电阻的相对误差通常为10%，半导体器件的模型参数误差达20%-25%。在容差分析中，做法之一就是先规定元件、电源或温度的容差，计算电路的特性容差，以验证是否符合设计要求。容差统计分析的方法之一就是蒙托卡洛分析。l在Protel99 SE中可以用三种形式观看蒙托卡洛分析结果：均匀分布（Unifor）、高斯分布（Gaussian）、最坏情况分布（Worst Case）。7/9/202469psp2004例例7 7:万用表电流挡元件容差设计万用表电流挡元件容差设计 分流法测量电流的原理如图所示 IS*RB/(RM+RB)=IRM 7/9/202470psp2004如图所示,万用表电流挡电路图,VM表头,表头内阻RM,表头满度100uA,IS为被测电流.设计方法:7/9/202471psp2004对于0.25mA档,1mA档,分别有0.25A(R2+R3+R4+R5+R6)/(1.6k+R2+R3+R4+R5+R6)=100uA 1mA(R2+R3+R4+R5)/(1.6k+R2+R3+R4+R5+R6)=100uA2.5mA(R2+R3+R4)/(1.6k+R2+R3+R4+R5+R6)=100uA10mA(R2+R3)/(1.6k+R2+R3+R4+R5+R6)=100uA0.1mA(R2)/(1.6k+R2+R3+R4+R5+R6)=100uA7/9/202472psp2004所以 R2=2.667R3=24R4=80R5=160R6=800 7/9/202473psp2004要求：要求：l通过Operating Point Analysis 验证分档l应用 Monte Carlo Analysis 进行容差分析，电阻标称公差：5%，2%，1%，0.5%。统计分析100次，I(VM)公差小于1%占95%为合格。7/9/202474psp20047/9/202475psp2004总结l参考资料（见）lProtel99SE电路设计与仿真lProtel99se常见错误lProtel99 简明使用手册7/9/202476psp2004此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢