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第一篇 PADS Layout基础入门

第1章 PADS Layout 2007概述

Mentor Graphics公司的PADS Layout/Router环境作为业界主流的PCB设计平台，以其强大的交互式布局布线功能和易学易用等特点，在通信、半导体、消费电子、医疗电子等当前最活跃的工业领域得到了广泛的应用。PADS Layout/ Router支持完整的PCB设计流程，涵盖了从原理图网表导入，规则驱动下的交互式布局布线，DRC/DFT/DFM校验与分析，直到最后的生产文件（Gerber）、装配文件及物料清单（BOM）输出等全方位的功能需求，确保PCB工程师高效率地完成设计任务。

作为本书第1章，在深入介绍PADS Layout 2007之前，将首先从总体上概述它的功能特点。

本章学习要点：

● 常用功能和新特点

● 系统所需的硬件条件

● 安装步骤提示

1.1 PADS Layout 2007功能和特点

1.1.1 PADS Layout 2007常用功能

本节重点介绍PCB设计功能、交互式布局布线功能和高速PCB设计功能。

1.基本的PCB设计功能

（1）兼容多种格式的PCB及封装库文件。

PADS Layout可以导入Protel/P-CAD/CADStar/Expedition等环境下的PCB及封装库文件。导入过程中PCB上的网络、布线及元器件属性等信息均保持完好。

（2）封装向导。

可根据用户输入的管脚数、管脚间距等标准信息，自动创建DIP/SOIC/Polar/PLCC/BGA等多种封装。对于复杂的上千个管脚的IC器件，手工创建其封装可能需要几个小时，使用封装向导则只需几分钟，为封装库的创建和维护节约了大量时间。

（3）模拟PCB设计工具包。

包含单/双面模拟PCB设计中常用的跳线（长度/角度可变）、泪滴（直线/曲线泪滴，尺寸可变）、异形焊盘等功能，以及圆形PCB设计中常用的极坐标布局方式、多个封装同步旋转、任意角度布线等功能。

（4）电源分割与覆铜。

可根据PCB的板框自动创建电源层覆铜边界，覆铜与板边缘，以及覆铜之间的距离可以在设计规则中定义；在完整的覆铜区域上画分割线可将其一分为二，并分配不同的电源网络；支持不同电源网络的覆铜嵌套。

（5）IDF接口。

PADS Layout可通过IDF接口与ProE互换数据。PCB文件可以从PADS Layout导出至ProE，以查看PCB的三维视图；也可以在ProE中修改元器件高度、布局等信息，然后回传给PADS Layout。

（6）DXF接口。

PADS Layout可以通过DXF接口与机械软件（如AutoCAD）互换数据。对于复杂的异型PCB外框，可以在AutoCAD中设计好，然后通过DXF文件传递给PADS Layout；也可以将PCB文件从PADS Layout导出至AutoCAD，进行详细的加工尺寸标注。

（7）设计复用。

通过设计复用可以最大限度地利用现有的设计成果，如经典电路、多路并行信号处理模块、BGA器件的外围电路及外围线等，避免投入大量的时间进行重复性的工作。设计复用可以在原理图和PCB之间同步进行，复用出来的元器件和网络等信息在原理图与PCB之间保持一一对应，不会造成前后端设计数据不一致的现象。在设计周期很紧张的情况下，也可以进入ECO模式，直接向PCB中添加复用电路模块，以快速完成设计。软件可以为复用模块中的元器件位号或网络名称自动指定前、后缀，避免与PCB上的其他内容相冲突。

（8）自动标注尺寸。

可快速标注水平、垂直、斜面尺寸，圆和圆弧的角度及直径，并支持自定义公差。

（9）汉字输入及True Type Windows字体支持简体/繁体汉字输入及标准的MS Windows字体，便于中国用户在PCB上添加中文文字标注信息。

2.交互式布局布线功能

（1）交互定位与模块化布局。

通过交互定位（Cross Probe）可以将原理图与PCB的视图切换到最关心的地方，以便快速找出目前急需的元器件或网络。在进行布局设计时，同一电路模块的封装通常要一起考虑，软件提供了模块化的布局功能，可以自动将电路模块的所有封装依次“捕捉”到鼠标上，无须逐一查找，提高了布局效率。

（2）正反标注。

在原理图与PCB并行设计的过程中，任何一方对设计数据的修改（ECO）操作，都可以通过正反标注来更新对方的数据。封装类型及属性、网表与设计规则等均可作为正反标注的内容，这样就确保了原理图和PCB数据的同步性和一致性，避免因人为错误造成设计反复。

（3）层次式设计规则。

PADS的物理设计规则分为三个层次，优先级最高的是元器件规则，可以根据PCB中的封装类型甚至个别元器件的特殊要求进行单独的布局布线约束，如扇出方式、管脚连出线的尺寸与角度等规则；优先级次之的是网络规则，可以将同种信号归纳为一个网络组，然后统一定义其布线方式，如线长、线宽、间距、布线层设置、可用过孔、最大过孔数及拓扑结构等规则，也可以对单个网络，乃至某个网络里的关键连接（通常是芯片管脚间的连接）进行特殊的布线规则定义；优先级最低的是通用规则，可对没有特殊要求的网络、元器件进行常规的布线参数定义。软件可以根据定义好的层次式规则对PCB上的网络和元器件进行规则驱动布线及DRC验证，以提高设计的可靠性。

（4）交互式布线。

通过业界最先进的人机交互式布线功能，把工程师的布线经验和电脑的布线算法有效地结合在一起。在布线过程中只需定义几个关键节点，其余的走线部分由软件根据空间尺寸及最短路径原则自动设计，并优化45 度走线拐角；当布线空间有限时，可以用当前走线推挤沿途的布线及过孔，支持平移、垂直的推挤方向，所有被推开布线的形状和拐角都能自动优化。这种智能的交互式布线功能可以大幅度减小手工调线的工作量，提高复杂的高密度互连的设计效率。

（5）总线布线。

在总线布线模式下，只需控制总线中一根信号的走线，其他信号会自动跟进，并在跟进过程中自动保持合理的拐角、间距及过孔排列。对数字电路PCB中的数据线/地址线设计尤为适用，使布线高效而美观。

（6）自动变线宽布线。

在走线过程中可以根据空间尺寸的变化自动调整线宽，从而保证安全间距。这样就能最大限度地提高板面利用率，同时克服了手工调整线宽的低效率。

（7）SMD封装扇出向导。

为多管脚的SOIC/QUAD/BGA等SMD封装提供了标准的扇出方案，如内/外侧扇出、同方向扇出、辐射及螺旋状扇出等；在不同的设计阶段可以选择扇出电源网络、信号网络；支持相邻管脚共享扇出；可以设置扇出线的最大长度；软件还支持焊盘上扇出（Via at SMD）的功能，解决高密度SMD封装的扇出问题。在同一PCB上可以使用多种扇出方案，从而可以提高设计效率，使布线工作更加容易。

3.高速PCB设计功能

（1）拓扑结构设计。

拓扑结构的设计会影响到高速信号的阻抗匹配和时序。PADS支持常用的PCB网络拓扑结构，如点对点、紧凑树形、菊花链、星形、远端簇形及混合型拓扑。当元器件布局改变之后，软件会自动调整管脚连接顺序以保持原有的拓扑结构。用户也可以自己定义网络拓扑结构。在布线过程中，软件可以自动阻止违背拓扑结构的布线顺序，从而确保了信号的传输效果及产品的可靠性。

（2）阻抗连续设计。

对于长线传输的高速信号，传输线上的阻抗不连续也会导致严重的反射（过冲/欠冲）问题，影响电路工作状态。而传输线阻抗的不连续通常是由换层布线引起的。PADS提供阻抗连续控制功能，可以对信号在外层和内层的布线宽度分别定义，并在换层布线时自动调整线宽，从而确保了传输线上的阻抗连续，减弱了信号反射，提高了系统的可靠性。

（3）限长信号设计。

网络的布线长度会影响信号的延迟时间，从而对系统的时序构成危害。PADS支持线长与延迟时间的换算，可以定义网络的最大布线长度。在走线过程中，软件会动态地提示当前长度，并预测最终长度，为选择合适的走线路径提供参考，还可以阻止“超长”的走线路径。从而保证信号的延迟不会对时序构成致命影响，提高了系统的稳定性。

（4）时序匹配设计。

对于有时序同步要求的网络组，如DDR系统中的DQ/DQS信号，必须保证其具备相同的布线延迟。PADS可以将此类信号定义为延迟匹配组，并设定相互间的长度公差，以确保延迟相同，满足时序同步的要求。在布线时，可以对延迟匹配信号进行交互式蛇形走线，从而达到规定的线长要求。PADS提供了监控窗口，可以检查线长匹配情况。软件还支持自动匹配，可以对选中的一个或一组信号自动走出蛇形线，以满足线长匹配的要求，提高系统稳定性。

（5）差分对信号及其阻抗连续设计。

差分对广泛应用于各类高速系统中，差分对布线时必须保证线长相同、线宽相等、间距固定及阻抗连续。PADS支持差分对的定义与交互式布线，可以将相邻的两个网络或网络中的关键连接（芯片到芯片间的连接）定义为差分对。在布线时，只需从一个差分管脚上引出连线，另一个管脚的连线会自动跟进，且保持差分规则里的线长、线宽及间距要求。软件还可以分别定义外层与内层的差分参数，确保差分对换层布线时其传输线系统的阻抗连续，减弱信号反射，提高了系统的可靠性。

（6）智能自动布线。

PADS提供了基于形状的无网格布线器，可以在设计规则的驱动下，对多达64 个信号层的PCB进行自动布线，拥有一流的布通率与布线速度。软件支持对自动布线执行步骤的定义，如布线前执行SMD封装扇出以提高布通率；布线后对不同的网络执行相应的优化操作以确保信号传输效果，包括对所有网络执行过孔优化，对两个焊盘之间的网络执行等间距排列优化，对高速网络执行线长匹配优化等；在布线过程中，支持布线顺序的定义，可对关键的网络类型、单个网络或元器件优先布线，布完之后将其锁住从而不受其他布线的影响。每一步骤完成后，都可以让布线器暂停下来检查布线结果，如不满意可以随时中止自动布线进程，改善布线及优化顺序，重新执行。PADS具备的智能自动布线技术可以帮助PCB工程师在保证信号质量的前提下，快速完成PCB布线工作，节约大量的时间。

4.可测试性分析（DFT）与可制造性分析（DFF）功能

（1）可测试性分析。

PADS可以自动为PCB上所有的网络添加测试点，并优化测试点布线，可将无法添加测试点标示出来，警告其不可测试性；可为PCB的ICT（In Circuit Testing）自动测试设备输出符合IPC标准的数据文件。

（2）可制造性分析。

PADS可以导入PCB制造厂的加工能力数据，检查PCB设计，找出超过厂家加工能力的细节并给出警报。如在PCB上容易引起焊接搭桥的封装、蚀刻缺陷（Acid Trips）、铜丝/阻焊丝（Copper/Solder Mask Slivers）、环宽（Annular Ring）等制造障碍的设计细节。确保提交给PCB制造厂的设计文件和加工出来的印制板完全一致。

5.生产文件、自动装配文件与物料清单（BOM）输出

（1）生产文件输出。

PADS支持RX274D/RX274X等标准格式的生产文件输出，并且可选择每层文件的输出内容，能对输出层作镜像处理，支持对Gerber文件的预览。PADS同时具备和CAM350软件的接口，可直接将配置好的输出层传给CAM350。

（2）自动装配文件输出。

可为Dyanpert、Universal、Phillips等自动贴片/插片机器创建标准的元器件坐标文件。

（3）物料清单（BOM）统计。

可以根据用户的要求，输出Word、Excel及文本格式的BOM文件。允许用户订制BOM表中的元器件属性信息排列格式，并可统计相同元器件的数量。软件同时支持BOM变量管理功能，可基于同一个设计输出多个对应不同规格产品要求的BOM文件。

6.PCB上的裸片互连与芯片封装设计

（1）裸片互连。

PADS支持在PCB上直接使用裸片的设计，可以导入GDSII和ASCII件，自动创建用于PCB布线的Chip模块，支持单个或多个Chip模块的互连设计；能自动产生技术文档，如Bonding线、Substrate Route和封装输出Pin脚的连接数据；能帮助设计者解决高密度、小尺寸的PCB设计。

（2）芯片封装设计。

PADS提供芯片封装设计功能，可以导入GDSII和ASCII文件，支持Ball Grid Area（BGA）、Chip-Scale Package（CSP）和Multi-Chip Module Package（MCM）的设计，自动创建DIE封装、DIE Flag和Power Rings，完成Bonding，并自动连接裸片到封装管脚的连线。能自动产生技术文档，如DIE、Bonding线，Substrate Route和封装输出Pin脚的连接数据。为芯片封装设计提供了完整的流程，并可衔接PCB设计流程，提高了设计效率。

1.1.2 PADS Layout 2007新特点

PADS Layout 2007比以往版本更加完美，和PADS其他产品的界面更加统一，它将成为PCB设计的最佳工具。新的特点主要体现在以下10个方面。

1.PADS Layout与PADS DxD及PADS Logic之间的联系更加紧密

主要表现在与PADS DxD之间封装的互相支持。

2.用文字数字标注的引脚方面的改进

原理图设计的符号与物理封装的管脚数目完全独立，同时封装可以在不用考虑元件库的情况下改变。此外，引脚序号在PADS Layout和PADS Router中都变为可见。

3.RF（Radio Frequency）电路设计功能的增强

首先反映在新增加的图标上，如图1-1所示。PADS Decal编辑器现在更新了，可以输入DXF的Shape和Line信息。Decal编辑器中的Drafting工具栏添加了一个图标，可以实现Add From DXF命令。

图1-1 新增加的DXF图标

4.铜皮形状方面的增强

包括正方形拐角和斜面拐角两种，以前显示和打印Trace、Copper的方法限制了精度，因为Trace和Copper的外框是以大小等于Trace的线宽或者Copper外框的光圈（圆形的画笔）画出的。这种方法产生的拐角总是圆形，很难精确地得到需要的形状。新版本的PADS Layout中增加了为Copper shape创建精确拐角的功能。如图1-2和图1-3所示。

图1-2 正方形拐角

图1-3 斜面拐角

此时，我们需要考虑走线和间距检查。用于替换Trace的Copper外框表现了匹配选中的Copper外框画笔宽度的精确拐角，也可以被DRC辨认。这样，可以使用Trace to Object间距规则代替Copper to Object的间距。Router把Copper看做固定的障碍物，这样在DRC ON模式下，不会出现违反设计规则的情况。Copper不会像Trace一样推挤。

5.GUI（用户图形界面）

用户可以自己定义工具栏、菜单栏、下拉菜单和快捷菜单，也可以使用自定义对话框，指定自定义键盘和鼠标快捷键。用户可以不使用自定义对话框，按下Alt键并拖动所需要的按钮，来重新安排工具栏按钮。所有自定义状态都会保存在当前的工作区域。同时允许用户改变工具栏、菜单、快捷键等的全部设置，因为重新启动软件时，自定义的工作区域会自动导入。

6.文件锁定（File Locking）的功能

PADS的所有产品都添加了文件锁定的功能：第一个打开设计文件的用户会成为这个文件的拥有者；这个设计文件对其他用户变为写入是锁定的。当其他用户尝试打开文件时，系统都会以只读模式打开设计文件，并显示一个信息：文件已经在使用，锁定不能被编辑。信息中包括设计文件的拥有者名称，以及拥有者使用的PC的名称。其他用户打开文件后不能进行Save操作，但是可进行Save As操作。图1-4给出了一个文件在使用的提示。

图1-4

7.ECOGEN功能的增强

包括设计规则之间的比较，包括网、网的类别、差分对、条件规则。对ECO和报告支持可配置的输出。如图1-5所示。

图1-5 ECO比较

8.孔排列功能的增强

在新版本的PADS Layout中，孔的创建和RF设计中孔的添加操作都被增强了。例如：为了给一些关键的走线添加屏蔽，或填充Copper pour区域，有两个新的命令实现这些操作，分别是Via shield（屏蔽孔）和Via stitch（覆铜区域内过孔阵列）。

（1）Via shield：可以被添加到布好的网络或者Pin pair（管脚对）周围，以防止或限制噪声干扰。Via shield可以是Copper pour或Copper区域的孔，它们会以阵列的形式排列，或者围绕在走线周围，在穿过多个层的平面间提供更好的传导。Via shield命令可以作用于Nets、Pin pairs、Coppers、Copper pour，还可以根据Via patterns选项卡中定义的参数来添加Via shield。选择菜单命令【Tools】→【Options】，将弹出如图1-6所示的对话框。

图1-6 孔排列

（2）Via stitch：作用于Coppers和Hatch outlines，并以vias填充。

用户可以更改其中的各个选项。如孔的类型、孔的间距、孔的形式，以及对孔进行填充，等等。

9.本弹出菜单更新和Uncombine（取消组合）操作功能增强

选中文本对象的弹出菜单也增强了，增加了两个命令：Uncombine（取消组合）和Select Shape（选择形状）。如果文本对象和2-D line或其他文本组合在一起，则所有的项目都是可编辑的。用Select Shape命令选中shape，Uncombine命令会取消组合文本和2-D line。如果选择了多个对象，或者文本没有和其他shape组合，那么这些命令就不起作用。

10.总线（Bus）走线操作中的走线长度监控

总线走线操作时，新的<Ctrl+PgUp>组合键可以显示或关闭长度监控。