作者：杜正阔,高宝君,何宗明
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Cadence Allegro实战攻略与高速PCB设计(配视频教程)试读：
前言
面对电子、信息技术的飞速发展和层出不穷的市场需求，电子产品正面临着设计复杂度日益提高的挑战，其中包括：更多的功能、更高的性能、更小的外形尺寸、更轻更薄、更低的成本及更短的设计周期等因素，众多设计挑战促使计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD）软件不断更新、融合、进步，以帮助产品开发人员降低设计复杂度、缩短研发周期，提高产品的综合竞争力。
本书编者长期在业界知名上市公司从事一线高速电路的设计开发工作，从早期的Allegro 13.0版本直到当前最新的Allegro 17.0版本，一直专注于使用Cadence公司的相关软件。在这个充满挑战性的工作过程中，积累了大量的高速设计、软件使用、辅助开发的实战经验，并于2015年应 EDA365论坛的邀请，分别在北京、上海、深圳三地成功举办了数十个以 Cadence 软件为基础、关于高速 PCB 设计课题的免费公益培训活动，吸引了超过上千人的热情参与，赢得业界的广泛赞誉。
在PCB设计行业，Cadence公司的Allegro软件以严谨的设计流程、先进的软件功能、高效的设计方法，成为高端的设计平台之一，得到国内众多外知名企业的青睐。由于软件功能非常强大，相关参数选项较多，对于刚入门的新人来说，会有一定的学习难度，本书秉着通俗、实用的目的，不盲目追新，以当前最稳定、使用人群最广泛的 SPB 16.6版本为基础，以实战项目为例，融合编者多年来的工作经验、心得和体会，从原理图设计、数据导入到最终的生产文件的输出，以及高速电路设计的相关知识，均做了较为详细的讲解，引导读者逐步掌握Allegro软件的使用，并进行高速PCB设计。
因 Allegro 软件功能十分强大，有些参数选项或功能，编者平时实际工作中基本上用不到，故在书中没有做详细介绍。若读者对某些功能感兴趣，可直接与编者沟通交流。为保证学习效果，我们还专门为本书开通了技术交流网站（http://www.eda365.com）和读者 QQ 群（群号：435945077），以及读者邮箱：study_allegro@qq.com。在阅读本书的过程中，如果读者遇到任何问题，或者对本书内容有任何意见和建议，欢迎通过该网站、QQ 群或邮箱进行反馈和交流。另外，在 EDA365学堂（http://mooc.eda365.com）中有大量视频课程供读者在线学习。
本书前期经过大量的准备工作，历时近一年，期间查阅了大量设计资料，参考和引用了一些同类教程的相关内容和 Cadence 公司的相关技术资料，在此向这些资料的编者和Cadence公司致以深深的感谢！
参与本书编写的有何宗明、高宝君、庞丽春、黄继耀、郭东胜、杜正阔等一线设计师，在此对各位编委会成员的辛勤工作表示衷心的感谢！此外，本书还得到众多好友、同事和电子工业出版社张楠女士的大力支持，正是由于他们的鼓励和包容，本书才能顺利出版，在此一并向他们表示真诚的谢意！
高速 PCB 设计领域不断发展，编者也在不断学习的过程中，由于编者技术水平和实践能力有限，书中错漏之处在所难免，也可能会有一些新技术、新方法、新功能未能反映在本书中，敬请各位专家和读者批评指正。编者2015年12月25日于深圳第一章概述1.1 PCB概述1.1.1 PCB发展过程
PCB（Printed Circuit Board）即印制电路板，又称印制板，是电子产品的重要部件之一。它的设计与制造质量直接影响到整个电子产品的质量与成本，甚至影响电子产品在市场竞争中的竞争力。
在电子技术的早期，元件都是用导线连接的，而元件的固定是在空间中立体进行的。随着电子技术的发展，电子产品的功能、结构变得日益复杂，元件布局、互连线都不能像以前那么随便，否则检查起来就无从下手。因此，人们开始对元件和线路进行规划。以一块板子为基础，在板上分配元件的布局，使用铆钉、接线柱为接点，用导线把接点按电路要求，一面布线、一面装元件，完成连接，这就是最原始的印制电路板。
单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制件新时代的标志。随着技术的进步，人们又发明了双面板、多层板。由于电路的复杂性，电路的布线不是把元件按电路原理简单地连接起来就可以了，电路工作时电磁感应、电容效应等直接影响电路的性能。产品结构越来越小，功能越来越强，器件的集成度也越来越高，这对电路工作时的干扰系数提出了越来越高的要求。使工程师在缩小产品结构的同时又不得不加大器件、信号线相互间的距离，使器件的集成度再度提高，信号线的线宽缩小等种种问题对工程师及生产工艺提出了越来越高的要求。
总之，PCB 设计已经发展成为一门系统的学科，它包括电路性能、结构、散热、可制造性、可测试性和EMC等。1.1.2 PCB的功能
PCB在电子设备中具有如下功能：（1）提供集成电路等各种电子器件固定、装配的机械支撑；（2）实现集成电路等各种电子元器件之间的电气连接或电绝缘；（3）提供所要求的电气特性，如特性阻抗等；（4）为自动焊接提供阻焊图形，为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。1.1.3 PCB设计发展趋势
PCB 从单面板发展到双面板、多层板和挠性板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、降低成本、提高性能，使得 PCB 在未来的电子产品的发展过程中仍保持强大的生命力。
国内外专家对未来 PCB 生产制造技术发展趋势的论述基本是一致的，在性能上向高密度、高精度、细孔径、细导线、小间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量、薄型方向发展；在生产工艺上向提高生产率、降低成本、减少污染、适应多品种和小批量的生产方向发展。PCB的技术发展水平一般通过PCB的线宽、孔径、板厚/孔径比来衡量。1.2 PCB基本术语
PCB基本术语如下。
PCB（Printed Circuit Board）：印制电路板。
Single-Sided Boards：单面板。
Double-Sided Boards：双面板。
Multi-Layer Boards：多层板。
Top层：PCB 板表面层（也称器件层：Component Side）。
Bottom层：PCB 板底面层（也称焊接层：Solder Side）。
内层：包括内布线层、Power电源层、GND地层。
Text：丝印，也称文字。
SilkScreen：丝印层。
Soldmask：阻焊层。
Pastmask：钢网层。
Assembly：装配层。
PadStack：焊盘，有表贴与通孔两种。
SMT：表面焊接技术。
Plated：金属化。
Non-Plated：非金属化。
Pin：元器件引脚。
Symbol：元器件。
Package：元器件PCB封装。
Etch：电气连接线，用于元器件引脚连接以实现物理电路功能。
Rats：飞线，指示各元器件引脚间连接关系的虚线。
Line width：电气连接线的宽度。
Line length：电气连接线的长度。
Spacing：安全间距，不同设计对象之间的距离。
Via：过孔，有通孔（Through）、埋孔（Buried）、盲孔（Blind）。
Shape：铜箔。
DRC:PCB设计时不符合约束规则产生的报错标志。
SCHEMATIC：原理图。
Netlist：网表，用于描述电路连接关系、元器件封装形式等。
Outline：板框。1.3 Cadence公司简介
Artwork：光绘底片。
Cadence Design Systems为美国NASDAQ（CDNS）上市企业，公司总部位于美国加利福尼亚州圣何塞（San Jose），在全球各地设有多个设计及研发中心和办事处，是全球最大的电子设计自动化（EDA）解决方案提供商，由SDA Systems和ECAD两家公司于1988年合并而成。其解决方案旨在提升和监控半导体、计算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品及其他各类型电子产品的设计。方案涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、IC 综合布局布线、模拟/混合信号及射频 IC 设计、全定制集成电路设计、IC 物理验证、PCB 设计和硬件仿真建模等，其中 IC 设计、仿真、验证工具为业界顶尖解决方案，技术优势非常明显，市场占有率极高；PCB 设计工具 Allegro 为业界高端解决方案，功能十分强大。1.4 Cadence硬件系统设计流程
Cadence硬件系统设计流程如图1.1所示。图1.1 Cadence硬件系统设计流程1.5 Cadence板级设计解决方案
Cadence 板级设计解决方案为实现高速、高密的设计提供完整的设计环境，是业界顶级电子设计解决方案之一，集成了从原理规划至最终产品调试所需的全部功能，包括原理图绘制、封装建立、PCB设计、多种格式生产文件的输出接口，以及对DFM、DFA、DFT、HDI的应用功能，对高速高密的 PCB 设计可以设置完善的设计约束规则，同时具有强大的手工和自动布线功能，设计师只需按要求设定好各项约束规则，在设计时遵守约束规则就可以达到设计和生产要求，从而节约了人工检查时间，保证设计质量。该解决方案还提供强大的第三方开发环境，支持自行开发功能插件，以提高工作效率。
PCB设计平台功能特性如下所述。
1.Allegro PCB设计环境
这是一个经过数十年海量项目验证的、功能强大的 PCB 设计环境，方便用户创建和编辑从简单到复杂的PCB。众多强大的功能组合能解决当今设计和制造中存在的各种问题。（1）基于该设计环境的 PCB 设计分区技术提供了同步设计功能，可有效缩短设计周期，加速产品研发进度。（2）强大的手动布局功能，包括多种筛选方式、模块电路复用、DFA 规则驱动等可提高布局质量和效率的功能。（3）强大的基于形状的走线推挤功能带来了高设计效率的互联环境，同时可实时地显示长度和时序容限。（4）动态敷铜功能提供了在布局和布线修改时的铜箔实时避让功能。（5）可以输出全套底片加工、裸板装配和测试数据，包括Gerber 274x、NC drill和各种格式的裸板测试。
Allegro PCB设计环境如图1.2所示。图1.2 Allegro PCB设计环境
2.约束管理器（1）能实时地显示物理/间距和高速设计规则及当前的状态，并且适用于设计过程的任一阶段。（2）每个工作表提供了一个电子数据表界面，能够让用户分级管理各种约束规则。（3）完全集成到PCB设计环境中，可以随着设计过程的进行而实时地管理约束规则。（4）高速布线约束规则和算法能满足当今高速电路的差分对、线路布局、时序、串扰、布线层的设置和各种特殊的几何要求。
约束管理器界面如图1.3所示。图1.3 约束管理器界面
3.设计规划和意图（Design Planning）
由总线互联主导的高速约束、高密度设计可能会在设计规划和布线上花费大量时间。加上当今单板的密度问题、新的信号标准和特定的拓扑结构要求，传统的 CAD 工具和技术已经不足以实现设计师的特定布线意图要求，而该功能可以使设计师快速、直观地进行早期设计规划，提高单板的可设计性并缩短设计周期。
设计规划示意图如图1.4所示。
4.Team Design
设计团队越来越分散，使缩短设计周期的相关问题变得更加复杂，手动导入/导出数据在多人设计时非常耗时、缓慢且易出错。PCB协同设计技术提供了多用户协同设计方法，设计师能够将设计分割为多个区域，由多名设计师进行协同设计。所有设计师都可以更新和查看所有被分割的区域，监控其他区域的状态和进度，大大缩短设计周期，并加速产品研发进度。
Team Design界面如图1.5所示。
5.交互式布线（1）提供强大的交互功能，手自一体布线，能将布线效率最大化。图1.4 设计规划示意图图1.5 Team Design界面（2）实时自动的布线推挤功能让设计师可以选择推挤优先、环绕优先或仅环绕等多种推挤模式。（3）可以显示具有高速时序约束的实时图形化窗口。（4）提供了在多个线路上执行群组布线的能力，以及用高速延迟约束进行布线等长的能力。
交互式布线界面如图1.6所示。
6.3D显示（1）三维显示电路板各元器件高度，提供方便的平移、缩放、旋转视图功能。（2）具有顶底层翻转电路板显示功能，便于查看底层零件布局布线状态。
3D显示界面如图1.7所示。图1.6 交互式布线界面图1.7 3D显示界面1.6 Cadence SPB软件安装
1.启动安装程序
打开安装目录或光盘，双击Setup.exe图标，启动安装程序，如图1.8所示。
2.安装License Manager（1）在安装界面中单击License Manager按钮，如图1.9所示。（2）进入License Manager安装界面后，单击Next按钮，如图1.10所示。（3）一直单击Next按钮，当出现图1.11所示的选择License文件界面时，单击Browse按钮，选择所购买的License文件，单击Next按钮。（4）一直单击Next按钮，直至License Manager安装完成。图1.8 启动安装程序图1.9 安装界面图1.10 License Manager安装界面图1.11 选择License文件
3.安装SPB产品（1）在安装界面单击Product Installation按钮，如图1.12所示。（2）一直单击 Next 按钮，在 Select Type 产品安装类型选择界面中，如果选择Complete，那么安装程序会将所有功能组件全部安装，注意所需磁盘空间，如图1.13所示。图1.12 安装界面图1.13 安装类型
其中，Only for me（Recommended）表示仅当前登录操作系统的用户使用，推荐此选项；Anyone who uses this computer（all users）表示所有用户都可以使用。（3）当选择 Custom 安装方式时，将出现 Select Features 产品功能选择界面，需要根据所购买的 License 勾选合适的功能组件，注意界面下方提示的所需磁盘空间，单击 Next 按钮，如图1.14所示。图1.4 功能组件的选择（4）然后一直单击 Next 按钮，进入文件复制过程，这个过程花费的时间会比较长。当完成复制和相关自动配置后，单击Finish按钮，完成SPB软件的安装。
4.配置License服务器
在LicenseManager安装目录中执行LicenseClientConfiguration.exe命令，根据License文件中定义的端口号和计算机名称，参考图1.15输入文本框中。图1.15 定义端口号和计算机名称
整个安装结束后，还要注意及时安装最新的补丁 ISR 或 Hotfix，安装方法与安装 SPB产品的方法类似。1.7 本书章节介绍
本书以实际项目应用为主，结合上市企业深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司丰富的设计、生产经验，按照常规项目的板级设计流程进行讲解，各章节采用功能介绍+实战应用的结构，既方便读者熟悉软件功能，又能结合实际项目进行对照练习，全书由工作多年的一线PCB设计师编写，理论结合实际，深入浅出，极具实战价值。
本书第2～13章以常规项目板级设计流程为顺序，按照软件功能介绍+实战应用的架构，循序渐进地讲解使用Cadence平台进行板级设计的全过程；第14～15章讲述Allegro的分区协助和大量高级功能的使用方法；第16～17章用两个实际项目讲解使用 Allegro 进行PCB设计的方法，供读者参考；附录A帮助读者对Skill入门，编写简单的插件程序；附录B为Allegro常见DRC的释义。1.8 本章小结
本章向读者介绍了 Cadence 公司及 Allegro 系列产品的功能及特点，通过本章的学习，读者应对Cadence Allegro产品的功能有一个基本的了解。
本书后续章节将重点介绍 Cadence 产品的封装管理、原理图设计工具 OrCAD、PCB 设计工具 Allegro、约束规则管理器等模块的使用方法和设计技巧，以及提高设计效率的 Skill程序开发。第2章OrCAD Capture原理图设计2.1 Capture平台简介
OrCAD 是一个混合名词，由软件的发源地俄勒冈（Oregon）的头两个字母和计算机辅助设计CAD组合而成。OrCAD是由OrCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件，2000年，Cadence公司收购了OrCAD公司，并推出OrCAD 9.21。2005年，与PCB设计软件Allegro 15.5一起推广，至今最高版本为17.0，本书以常见的16.6版本为基础进行介绍，大部分功能也可用于17.0版本。
OrCAD 集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的界面友好、直观，其中原理图绘制软件 Capture 的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在业界一直是原理图绘图软件的首选。2.2 Capture平台原理图环境设置2.2.1 Capture创建原理图工程（1）选择“开始”→Cadence→Release 16.6→Design Entry CIS，打开Capture界面，如图2.1所示。（2）弹出 Cadence Product Choices 对话框，通常选用功能比较强大的 OrCAD Capture CIS，单击OK按钮，如图2.2所示。图2.1 打开OrCAD Capture界面图2.2 产品类型选择（3）启动后的Capture CIS初始界面如图2.3所示。（4）执行菜单命令File→New→Project，进行新建工程，如图2.4所示。（5）弹出 New Project 对话框，在 Name 栏输入 EXAMPLE_SCH（仅为示例），选中最后一个Schematic单选按钮，表示绘制原理图，如图2.5所示。图2.3 OrCAD Capture CIS 初始界面图2.4 新建原理图工程图2.5 New Project对话框（6）在 New Project 对话框中可单击 Browse 选择文件保存路径，在 Drives 处选择工程所在的盘路径，如D盘，单击Create dir按钮，填入新建文件夹名称work，单击OK按钮，创建文件夹，如图2.6所示。（7）在图2.7所示的界面中双击 work 文件夹，单击两个对话框的 OK 按钮后就新建了一个原理图工程。图2.6 新建工程路径操作图2.7 选择工程路径（8）至此，成功创建了一个空的原理图工程，其中 dsn 为总目录，自动添加了一页原理图PAGE1，如图2.8所示。图2.8 原理图工程界面2.2.2 常用设计参数的设置
用鼠标选中 Design Resources 字样或总的工程目录 dsn 文件，执行菜单命令 Options→Preferences…命令进行整体参数设置，如图2.9所示。
弹出 Preferences 对话框，如图2.10所示，可设置各种颜色、格点、字体等，如无特殊要求，通常默认即可。图2.9 打开Preferences参数设置图2.10 Preferences对话框
如果需要修改颜色，可以单击颜色框进行修改，如图2.11所示。
在根目录中单击鼠标左键选择某一页后再单击右键，在弹出的菜单中选择 Schematic Page Properties命令，可设置单个页面的大小，如图2.12所示。
在弹出的 Schematic Page Properties 对话框中，可根据原理图大小确定页面大小，以及修改其他参数。建议只修改页面大小，其他参数不修改，如图2.13所示。
也可以执行菜单命令Options→Design template…，根据需要把原理图页面都设置成一种大小，如图2.14所示。图2.11 颜色设置方法图2.12 单页参数设置图2.13页面大小设置图2.14 整体设置页面大小
弹出 Design Template 对话框，在这里可以把各种参数都设置好，这样每一页的参数都按默认模板设置，不用单独设置，如图2.15所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]