大專畢業(yè)論文——基于Multisim與Protel軟件聯(lián)合設(shè)計PCB板的研究

1、【摘要】 EWB軟件在電子電路仿真方面直觀、易用，擁有功能強大的虛擬儀表。Prorel軟件在印制電路板方面有著與其它軟件相比，得天獨厚的優(yōu)越性。盡管兩個軟件都可以進行仿真和PCB設(shè)計，但人們更青睞于使用Multisim強大的電路仿真功能，而使用PROTEL的制作印制電路板的功能。兩者結(jié)合在一起靈活使用，相互兼容，將成為電子設(shè)計自動化的最佳方式。但二者并不能直接兼容，要通過修改網(wǎng)絡(luò)表來實現(xiàn)兩個軟件的聯(lián)合運用。本文通過研究與實驗,在計算機上應(yīng)用Multisim軟件對電子電路進行仿真設(shè)計。仿真成功后,輸出電路網(wǎng)絡(luò)表文件,在Protel軟件中設(shè)計出印制電路板,解決了兩個軟件的相互連接與兼容問題。【關(guān)鍵

2、詞】：Multisim；Protel；PCB設(shè)計；網(wǎng)絡(luò)表文件；電子電路仿真。ABSTRACT EWB software in the areas of electronic circuit simulation visual Have powerful Virtual Instrument. Protel software in the printed circuit board share compared with other software. Unique advantages. Though two software all can carry on imitating to rea

3、lly design with PCB, people more the favor imitates true function, but uses a Protel creation to print function of making the circuit board in the strong electric circuit of the usage Multisim. Both combine a together vivid usage, mutually and permit, will become an electronics design the best way o

4、f the automation. However , they do not directly compatible, to amend the network acquired through the table to achieve the two joint application software. This article through the research and the experiment, carries on the simulation design on the computer using the Multisim software to the electr

5、onic-circuit. After the simulation success, the output circuit network table document, designs PCB with the Protel software. This study has ingeniously solved two software joint and compatible problems.【KEY WORD】: Multisim；Protel；PCB design；network table；Electronic circuit simulation.目 錄一、引言 1頁二、軟件介

6、紹 2頁（一）Multisim 8軟件功能簡介 2頁（二）Protel 99se各模塊功能介紹 2頁三、OTL低頻功率放大器電路的設(shè)計 3頁（一）Multisim 8中建立仿真電路，輸出網(wǎng)絡(luò)表 3頁（二）Protel中修改網(wǎng)絡(luò)表 5頁（三）采用向?qū)ЫCB文件<規(guī)劃電路板> 8頁（四）導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表 9頁（五）載入元件和手工布局 9頁（六）設(shè)置布線規(guī)則進行自動布線 10頁四、總結(jié) 11頁五、參考文獻 11頁六、致謝 11頁一、 引言隨著科技的不斷進步和電子化產(chǎn)品的日益普及，電子產(chǎn)品的規(guī)模和體積有了巨大的變化。各種復(fù)雜電路不斷出現(xiàn)，體積不斷縮小，產(chǎn)品更新的速度不斷加快。這些新的變化使得

7、電路的設(shè)計工作變得日益復(fù)雜和繁重。電子產(chǎn)品設(shè)計時使用常規(guī)的人工方法，要耗費大量的人力和財力。計算機硬件和軟件的發(fā)展，使得它應(yīng)用到各個領(lǐng)域。電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automatic，簡稱EDA）得到了快速發(fā)展，大大減輕了設(shè)計壓力，縮短了設(shè)計開發(fā)時間，是電子開發(fā)人員必須掌握的技術(shù)。Multisim軟件是由加拿大Interactive Image Technologies公司開發(fā)的一種功能強大的設(shè)計軟件，具有數(shù)字及混合信號模擬仿真功能、多種虛擬儀器和多種電路分析功能，可實現(xiàn)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件及印刷板層次的電路設(shè)計。Protel軟件是制作電路板的常用軟件，本文就使用EWB產(chǎn)生

8、網(wǎng)絡(luò)表，用Protel軟件調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表并實現(xiàn)布線的過程以及對其中所遇到的問題，提出解決方案，以縮短設(shè)計周期。 運用Multisim實現(xiàn)電路仿真和布線的設(shè)計流程如圖1所示。其中前4步驟可以反復(fù)進行，以幫助設(shè)計人員了解方案的可行性，研究電路性能，進行參數(shù)調(diào)整，直至達到滿意結(jié)果。若需設(shè)計電路板，可用EWB生成網(wǎng)絡(luò)表，并根據(jù)需要，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)版本軟件的網(wǎng)絡(luò)表格式，并用相應(yīng)軟件設(shè)計電路板。用EWB實現(xiàn)仿真、用Protel實現(xiàn)布線時，必須用EWB生成Protel網(wǎng)絡(luò)表格式。我們在對整個設(shè)計流程了解清楚的同時，也要對Multisim 和Protel這兩個軟件具有的一些功能有所了解。二、 軟件介紹（一）Multi

9、sim 8軟件功能簡介Multisim 8軟件是一個完整的電子設(shè)計工具軟件，他具有如下功能： 提供了一個龐大的元件數(shù)據(jù)庫：軟件提供了5000多種元件/模型（教育版），并可以將各種新元件的Spice庫文件導(dǎo)入該元件，用戶還可以建立自己的元件庫。 完整的模擬/數(shù)字混合仿真：用戶不但可以對模擬元件進行仿真，而且可以對模擬電路、數(shù)字電路及混合電路進行仿真。 電路原理圖編輯功：Multisim 8軟件的元件都采用可視化的工具欄進行選擇，使用相當(dāng)方便；軟件還有子電路的功能和電路加密功能，使用更加靈活。 強大的分析功能：軟件提供了十幾種電路的分析手段，可幫助設(shè)計師對電路進行分析。 強大的虛擬儀器功能：軟件提

10、供了雙蹤示波器、邏輯分析儀、波特圖示儀及數(shù)字式萬用表等十多種虛擬儀器，其友好、逼真的界面和在實驗室中親手操作儀器一樣，并且可以將測試的結(jié)果加以保證，用于數(shù)學(xué)非常方便。 可以與電路板設(shè)計軟件無縫連接：Multisim 8軟件的設(shè)計結(jié)果可以方便地導(dǎo)出到電路板設(shè)計軟件中進行電路板布線。 遠程控制功能：Multisim 8軟件支持遠程控制功能，不僅可以將Multisim 8軟件的界面共享給其他人，使其他人在自己的計算機上看到控制者的操作情況，而且可以將控制權(quán)交給其他人，讓其他人操作該軟件，這樣可以實現(xiàn)交互式教學(xué)，是進行電子線路教學(xué)的理想工具。 由于Multisim 8結(jié)合了電路設(shè)計、仿真和可編程邏輯器

11、件的設(shè)計，所以在從設(shè)計到生產(chǎn)的過程中，Multisim 8提供了設(shè)計師所需要的所有高級功能，設(shè)計師可放心地去創(chuàng)新設(shè)計，而無須去學(xué)習(xí)更多的EDA軟件，也無須去解決相互之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。（二）Protel 99se各模塊功能介紹1. Schematic 99se基于Windows平臺的Protel 99se中的多功能高效率的原理圖設(shè)計模塊Schematic 99se是一個功能完備的多圖紙層次化的原理編輯器。它包含快速設(shè)計錄入、自動連線、多接口輸入輸出等高級工具，提供了6萬多個原理圖符號，可以高效實現(xiàn)電子產(chǎn)品從設(shè)計構(gòu)思到電學(xué)設(shè)計的完整過程。2. PCB 99sePCB 99se中的以“規(guī)則驅(qū)動”為

12、核心、功能強大的PCB設(shè)計模塊PCB 99se為用戶提供了一個交互友好和功能強大的PCB設(shè)計環(huán)境，無論新用戶還是有經(jīng)驗的老用戶都能盡情地發(fā)揮自己的設(shè)計空間。在PCB 99se中，PCB的物理規(guī)則定義和工藝特性要求都可以由設(shè)計參數(shù)來全面控制。這種參數(shù)化設(shè)計代表了當(dāng)今CAD發(fā)展的潮流。3. Route 99seRoute 99se中的自動布線器模塊Route 99se是一個完全集成的基于形狀（Shape-based）的無網(wǎng)絡(luò)自動布線器。布線效率高，使用方便，布線質(zhì)量能達到專業(yè)設(shè)計者的水平。其綜合布線能力完全可與傳統(tǒng)工作站上的大型EDA軟件相媲美。4. Integrity 99seIntegrity

13、 99se中的先進的信號完整性分析模塊Integrity 99se擁有世界領(lǐng)先水平的信號完整性分析技術(shù)，提供非常精確的板級物理信號分析。它可以檢查出串?dāng)_、過沖、下沖、延時和阻抗等問題，并能自動給出具體解決方案。在高速電路和可能存在EMC/EMI（電磁兼容）的設(shè)計中，起到舉足輕重的作用，能大大縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計成本。5. SIM 99seProtel 99se中的高級數(shù)?；旌想娐沸盘柗抡嫦到y(tǒng)SIM 99se模塊是一個基于最新Spice3.5/xSpice標準的仿真器，并與Protel 99se的原理圖設(shè)計環(huán)境完全集成，為用戶的設(shè)計前端提供了完整、直觀的解決方案。6. PLD 99seProt

14、el 99se中的通用可編程邏輯器件設(shè)計模塊PLD 99se是一個集成的PLD開發(fā)環(huán)境，可使用原理圖或CUPL硬件描述語言作為設(shè)計前端，全面支持各大廠家器件，集成有PLD功能的仿真和工業(yè)標準JEDEC輸出，為所有PLD和CPLD設(shè)計者提供了通用、便捷的解決方案。三、 OTL低頻功率放大器電路的設(shè)計Multisim是目前高校和科研部門中應(yīng)用最多的電子電路仿真軟件，他有極強的仿真功能，界面友好，形象的“虛擬儀表”，使它成為迄今為止使用最方便，最直觀的仿真軟件之一。Protel是在TAGO基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種印制電路版（PCB）設(shè)計的首選軟件，在我國有許多生產(chǎn)、科研單位用其進行印制電路版設(shè)計。199

15、9年，Protel Technolog公司推出了功能更加強大的EDA綜合設(shè)計環(huán)境的Protel 99。盡管兩個軟件都存在與之兼容的制板和仿真軟件，然而許多人更青睞于使用Multisim 8進行設(shè)計電路仿真，成功后使用Protel 99se進行電路板設(shè)計。兩個軟件連接是通過格式相互兼容的網(wǎng)絡(luò)表實現(xiàn)的。而二軟件含有元件封裝型式，互不兼容，因而，如何準確改變網(wǎng)絡(luò)表中使用的元件封裝成為設(shè)計研究的關(guān)鍵。本文通過對OTL低頻功率放大器電路的設(shè)計流程的闡述來展現(xiàn)整個設(shè)計流程。設(shè)計流程如下：（一） Multisim 8中建立仿真電路，輸出網(wǎng)絡(luò)表一般的放大電路主要是對信號的幅度進行不失真的放大，這時晶體管工作于

16、小信號工作狀態(tài)。對于功率放大器要求放大器有甲類、乙類（OCL、OTL和變壓器輸出）。隨著技術(shù)的發(fā)展，美國TI公司推出了D類的低頻功率放大器。 圖2 OTL低頻功率放大器電路原理圖1. 在Multisim 8設(shè)計窗口中建立設(shè)計電路的原理圖，圖2即為OTL低頻功率放大器的仿真電路圖。 OTL低頻功率放大器是采用電源互補對稱原理的電路，圖中Q1和Q2組成互補對稱電路輸出級。靜態(tài)時，一般只要R1、R2有適當(dāng)?shù)臄?shù)值，就可以使ICS、VB2達到最小，給Q1和Q2提供一個合適的偏置，從而使節(jié)點6的點位V6=Vcc/2。當(dāng)有信號Vi時，在信號負半周，Q1導(dǎo)電，有電流通過負載R3，同時向C3充電；在信號的正半周

17、，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著圖中電源-V1的作用，通過負載R3放電，如圖所示只要常數(shù)R3足夠大（比信號的最長周期還大得多），就可以認為電容C和一個電源Vcc可代替原來的+V1和-V1兩個電源的作用。2. 仿真時，先將開關(guān)J1斷開，觀察放大器工作于乙類工作狀態(tài)時的輸出和輸入電壓波形。圖3所示為功率放大器工作于乙類工作狀態(tài)時的電壓波形。此時，輸出電壓圖3交越失真波形的波形產(chǎn)生了交越失真。3. 將開關(guān)J1合上，觀察輸入和輸出的波形，與上步觀察的內(nèi)容進行比較。如圖4所示為功率放大器工作在甲乙類工作狀態(tài)時的電壓波形。這才是被放大了的完整的不失真的輸出波形圖4不失真的輸出波形4. 輸出網(wǎng)絡(luò)表文件選擇菜

18、單：Transfer/ Transfer to other PCB layout命令，保存類型選擇Protel PCB（*NET）。輸入網(wǎng)絡(luò)表文件名，選擇網(wǎng)絡(luò)表文件保存地址。（二） Protel中修改網(wǎng)絡(luò)表1. 在Protel軟件中建立工程文件，并在其中打開剛才在Multisim中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件，將主要部分內(nèi)容剪輯如下D1DO-351N4001 R3RES0.251.0kOhm_5% D2DO-351N4001 R2RES0.252.0kOhm_5% R1RES0.252.0kOhm_5% C3CAP510uF C2CAP510uF C1CAP510uF J1DIPSW1HDIPSW1.該網(wǎng)絡(luò)

19、表盡管是Protel格式，但其元件描述中的封裝仍保留Multisim形式，用protel99se導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表時出錯。因此我們就需要對網(wǎng)絡(luò)表進行修改。一般的網(wǎng)絡(luò)表分為兩部分內(nèi)容：用表示的元件信息和用（）表示的引腳連接信息。元件信息中一般包括三部分內(nèi)容，如這里內(nèi)的信息由元件在原理圖中的編號，元件封裝和元件的類型名稱。而對比兩個軟件的網(wǎng)絡(luò)表，我們不難發(fā)現(xiàn)，它們的區(qū)別在于元件信息中元件封裝這一欄的區(qū)別，而在加載網(wǎng)絡(luò)表的時候Protel是利用網(wǎng)絡(luò)表中元件封裝名與封裝庫里的元件封裝名一一對應(yīng)的關(guān)系，從而把封裝形式調(diào)用出來的，因此不同的封裝名稱使得兩種軟件無法立即兼容，需要更改封裝名稱。2. 按Protel形

20、式封裝修改網(wǎng)絡(luò)表中存在的Multisim形式元件封裝，修改后的網(wǎng)絡(luò)表如下所示。D1DIODE-0.4（修改前為：DO-35）1N4001 R3AXIAL0.4（修改前為：RES0.25）1.0kOhm_5% D2DIODE-0.4（修改前為：DO-35）1N4001 R2AXIAL0.4（修改前為：RES0.25）2.0kOhm_5% R1AXIAL0.4（修改前為：RES0.25）2.0kOhm_5% C3RAD0.2（修改前為：CAP5）10uF C2RAD0.2（修改前為：CAP5）10uF C1RAD0.2（修改前為：CAP5）10uF J1KAIGUAN（修改前為：DIPSW1H）D

21、IPSW1（三） 采用向?qū)ЫCB文件<規(guī)劃電路板>采用向?qū)?chuàng)建電路板。在Protel中運行菜單File/New命令，選擇Wizards標簽下：Printed Circuit Board Wizard（印制電路板向?qū)В┻M入向?qū)С绦颉?. 選矩形板（Rectangular）,輸入寬、高尺寸，去掉切角選項：Corner cutoff Inner cutoff。2. 電路板層數(shù)設(shè)置對話框：如設(shè)計單面布線板，則選雙面板、通孔、不帶盲孔3. 布線技術(shù)選擇：選主要含插接件，相鄰焊盤間元件允許通過線路數(shù)為兩條。4. 進入電路板規(guī)則參數(shù)設(shè)置頁面：設(shè)置參數(shù)按需要添入圖中。5. PCB規(guī)劃完成，點擊

22、Finish，生成相應(yīng)的PCB設(shè)計文件自動打開。電路板的板框如圖5所示。 圖5 采用向?qū)Ы⒌腜CB板框（四） 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表1.在PCB設(shè)計文件界面，執(zhí)行菜單Design/Load Nets載入網(wǎng)絡(luò)表命令2.修正載入網(wǎng)絡(luò)表時的所有錯誤，直至出現(xiàn)All macros validated，如圖6所示。圖6 網(wǎng)絡(luò)表載入對話窗口（五） 載入元件和手工布局PCB元件是指元件的外形，也就是元件的封裝。盡管Protel 99se內(nèi)置的元件封裝庫已經(jīng)相當(dāng)完整，但由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新型元件的不斷涌現(xiàn)，有時在已有的元件封裝庫內(nèi)找不到元件封裝的情況。遇到這種情況，就是靠用戶自行創(chuàng)建新的元件封裝了。Protel

23、PCB提供了一個功能強大而完整的工具程序元件封裝庫編輯器來負責(zé)建構(gòu)元件封裝的工作。在整個Protel 99se系統(tǒng)中，它是Protel 99se服務(wù)程序所提供的一個文件編輯器。在OTL低頻功率放大器電路中開關(guān)的封裝在封裝庫里不能找到，這時就要在元件封裝庫編輯器里自行創(chuàng)建了。在點擊網(wǎng)絡(luò)表載入PCB的設(shè)計對話窗口下方的“Execute”按鈕以后，成功載入網(wǎng)絡(luò)表，成功將PCB元件信息和網(wǎng)絡(luò)連接信息裝載到PCB設(shè)計文件中。如圖7所示。圖7 成功載入網(wǎng)絡(luò)表元件添加進來由于電腦布局處理的效果總是不太理想，仍需要人工做較大的改動。布局對于制作電路板來說是關(guān)鍵的一步。布局是否合理直接影響到整個電路的可靠性和穩(wěn)定性。因此花一定的時間去做好布局的工作是非常重要的。圖8是人工布局后PCB電路圖，電路板的布局較為合理，可以加快布線的速度，同時也大大提高電路板的抗干擾性能。圖8 進行人工布局后的板框（六） 設(shè)置布線規(guī)則進行自動布線接下來就是設(shè)置布線規(guī)則，準備布線。為了實現(xiàn)單層布線，在這里我們把Design/Rules/Routing頁面Edit Rule標簽下Rule Attributes區(qū)中“Top Laver”設(shè)置為“Not Used”,并將