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第9章 PCB图双面布线设计_图文

第9章 PCB图双面布线设计 《 电 子 线 路 辅 助 设 计 Protel 99 ( 技能目标 第 2 1. 学会PCB双面布线的方法。 版 ) 2. 学会PCB图布局调整和布线调整的方法。 》 SE

第9章 PCB图双面布线设计
知识目标 1. 掌握PCB双面布线的方法步骤。

2. 了解PCB图布局和布线概念。

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第9章 PCB图双面布线设计
9.1 创建PCB图文件 9.2 装载元件封装库

9.3 自动布局
9.4 自动布线

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9.1 创建PCB图文件
第2章我们已经创建了“振荡器和积分器.ddb”设 计数据库,并进行了振荡器和积分器电路原理图设计。 本章我们接着设计振荡器和积分器PCB图。

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9.1.1 打开“振荡器和积分器.ddb”设计数据库
执行菜单命令“File\Open…”,即可进入“Open Design Database”对话框,在查找范围(I)右侧的方框 中输入振荡器和积分器.ddb所在的路径,在编辑框中选 中“振荡器和积分器.ddb”,如下图所示。然后单击 “打开”按钮即可。

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9.1.2 使用向导新建PCB文件
1)执行菜单命令“File\New…”,打开新建文件对 话框,选择“Wizards” 选项卡,如下图所示。

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2)双击对话框中的“Printed Circuit Board
Wizard”创建PCB向导图标,或者先单击该图标,然 后单击“OK”按钮,进入向导的第一步。见左下图.

3)在左下图对话框中单击“Next”按钮,进入向导
的下一步。见右下图.

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4)在对话框中,共有10种PCB类型可供选择。振
荡器和积分器电路板可以选用“Custom made Board” (自定义板)选项,然后单击“Next”按钮,进入向导

的下一步。

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5)在上页对话框中,可定义电路板的尺寸、形状,

定义边界层、尺寸层、连线宽、尺寸线宽、板边缘与
边界线之间距离等。下面是一些可选项,包括标题栏、 字串、尺寸线、挖角、开孔等。选择完成后,单击

“Next”按钮,进入向导的下一步。

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6)如上页图中要求定义所创建的PCB板的轮廓,

可以在图上修改各个边的数据。输入完成后,单击
“Next”按钮,进入向导的下一步。

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7)在上页对话框中,输入有关所创建的PCB图
的一些说明信息,而所填写的资料将被放在电路板的 机械层里。输入完成后,单击“Next”按钮,进入向导

的下一步。

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8)在上页对话框中,设定电路板的工作层数以及
电源/地层的数目,这里我们设置为两层。设定完成后, 单击“Next”按钮,进入向导的下一步。

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9)在上页对话框中,选择过孔的类型,第一项

“Thruhole Vias only”表示过孔穿过所有板层,第二
项“Blind and Buried Vias only”表示过孔为盲孔,不 穿透电路板。选择完成后,单击“Next”按钮,进入向

导的下一步。

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10)在上页对话框中,我们可以指定该电路板上
以哪种元器件为主,“Surface-mount components”选 项是以表面粘贴式元器件为主,而“Through-hole

components”选项是以针脚式元器件为主。选择完成后,
单击“Next”按钮,进入向导的下一步。

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11)在上页对话框中,设定连线和过孔的相关资

料,输入数据完成设置后,单击“Next”按钮,进入向
导的下一步。

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12)在上页对话框中,设定是否作为模板保存,
若要作为模板保存,则应设置模板名称和模板描述, 单击“Next”按钮,进入向导的下一步。

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13)上页对话框是向导的最后一步。用户只需单
击“Finish”按钮即可。 向导结束后,新建的PCB文件将处于打开状态, 如下图所示。

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9.2 装载元件封装库
9.2.1 元件封装库的加载 在编辑PCB文件的状态下,将设计管理器切换成 到“Browse PCB”标签页界面。在“Browse” 浏览栏, 单击右边的下拉按钮,打开下拉列表,这里选择 “Libraries (库)”,如左下图所示。单击

“Add/Remove (添加/删除)”按钮,将出现右下图所示
的关于引入库文件的对话框。

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选取库文件的安装目录C:\Program Files \ Design Explorer99 SE\Library\PCB\Generic FootPrints。再选 取所要装入的元件封装库文件:AdvPcb.ddb,而后单击 图下面的“Add”按钮,此文件就会出现在选择的文件 列表中。 元件封装库文件加载完成后,单击“OK”按钮, 之后所加载的库文件就会出现在 “Libraries”栏列表 中。

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9.2.2 浏览元件

如果要想知道所装载的库文件中是不是包含了振
荡器和积分器电路所有的元件,可以单击 “Browse (浏览)”按钮,便可得到下图所示的浏览封装库元件对 话框。

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对话框中各项介绍如下:
1)Libraries可以选择系统已经加载的元件库。单击右边的下拉 式按钮便会看到所加载的元件库,可选择浏览。

2)Components可以选择库中的元件封装在右边预览。其下的 按钮“Edit” (编辑)可对选中元件进行修改编辑;单击 “Place” 按 钮,可将选择的元件放置到编辑器中。
3)右边的预览区可以看到当前选择的元件封装形式,非常直观。 按动“Zoom All (观看整体)”、“Zoom In (放大)”和“Zoom Out (缩小)”按钮可调整图形的大小。 4)元件封装和右边的预览区下面是所选择浏览元件的尺寸和其 上焊盘尺寸信息。 经过比对,PCB FootPrints.Lib包含了振荡器和积分器电路所有 的元件封装。

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9.3 自动布局
9.3.1 自动布局设计规则设置

在自动布局之前应先设置设计规则:
1)执行“Design\Rules”菜单命令,也可以用热键D、 R完成。 2)在调出的对话框中用鼠标单击“Placement”标 签,调出“Placement”选项页面,如下图所示。

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元件自动布局的设计规则分为5类: (1)Component Clearance Constraint 为元件间距

约束,用于设置元件间的最小距离以及元件之间的距
离计算方法。见下图.

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(2) Component Orientations Rule 为元件方位

约束,用于设置元件能够放置的方位。用鼠标双击该
项,或先单击选中该项,然后单击“Add”按钮,将出 现下图所示的对话框。

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(3)Nets Ignore 为指定元件自动布局时,可以 忽略哪些网络。忽略网络可以加快自动布局的速度和 提高布局质量。用鼠标双击该项,或选中该项之后单 击“Add”按钮,可以调出下图所示的设计规则对话框。

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(4)“Permitted Layers Rule”为指定允许放置元 件的工作层。在这里设置顶层放置元件。用鼠标双击

该项,或单击该项之后单击“Add”按钮,将调出下图
所示的设计规则对话框。

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(5)“Room Definition”为指定在布局时放 置一个矩形区域规则。用鼠标双击该项,或选

中该项之后单击“Add”按钮,可以调出下图所
示的对话框。

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9.3.2 网络表的加载

1) 执行“Design \Load Nets”命令,如左下图所示。
调出右下图所示的对话框。

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2) 单击对话框中“Browse… (浏览)”按钮,调出的 下图所示的网络表选择对话框,找到网络表文件所在 的位置,然后选中该网络网络表文件(具有“.NET” 的扩展名),并单击“OK”按钮。

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3)单击图右上方的“Add…(添加)”按钮,并进 行分析,同时将分析的结果列表于下方的列表框中, 如下图所示。

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(2) 加载网络表后常见的错误和警告:

“Error: Footprint xxx not fount in Library”: 错误:
封装xxx没有在库中发现。此错误的原因是系统在加载 的元件封装库中没有发现元件的封装形式,而且也没 有发现此元件可选的其他封装形式。这时,应该用鼠 标单击图中“Cancel”按钮,只要找到该元件所在的封 装库文件,将其加载即可。

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“Warning: Alternative footprint xxx”: 警告:封装 xxx管脚悬空。如果是原理图中该管脚实际就没有用到, 就是空着的,就不必理会这个警告;如果该管脚用到 了,现在系统提出了警告,你就应该用鼠标单击图1230中“Cancel”按钮,回到原理图设计器,检查一下该 管脚上的布线,最后重新生成网络表,重复加载网络 表操作。

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“Error: Component not found”: 错误:没有发现元

件封装。发生此错误的原因可能是没有加载PCB元件
库文件,也可能是在原理图设计时没有指定该元件的 封装形式。在这种情况下,应该用鼠标单击图12-30中

“Cancel”按钮,回到原理图设计器,检查一下是否某
个元件没有指定管脚封装。最后重新生成网络表,加 载所需元件封装库文件,重复加载网络表操作。

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如果在加载网络表时没有出现错误信息,表示成

功地加载了网络表。这时单击“Execute”按钮,系统
将把网络表列出的所有元件放置到布局范围中(此时 光标应在布局范围内),如下图所示。

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从图中可以看出,系统将所有载入的元件按类型 排列在印制电路板的右侧,由于显示比例较小,元件 的字符标识不能正常显示。 另外,网络表还可以在原理图编辑器中执行菜单 “Design (设计)”下的“Update Schematic(更新印制电

路板)”菜单命令,利用“Synchronization(同步器)”进
行加载。

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9.3.3 执行自动布局

1)执行“Tools\Auto Placement\Auto Placer…”,
如下图所示。

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2)执行命令后,调出下图所示的对话框中,共有两

种自动布局方式:“Cluster Placer (成组布局方式)”
和“Statistical Placer (统计布局方式)”。在这里,由 于元件数目较少,因此采用“Cluster Placer”自动布

局方式。

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3)设置完成,单击“OK”按钮,退出对话框,

系统开始自动布局。经过自动布局后获得的元件布局,
如下图所示。

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9.3.4 调整布局
自动布局完成后,一般不能够完全达到我们的满 意。调整布局实际上就是用手工的方法重新放置元件。 经过调整后的元件布局如下图所示。

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9.4 自动布线
9.4.1 自动布线设计规则设置

(1)执行“Design\Rules…”菜单命令;
(2) 在调出的对话框中用鼠标单击“Routing (布线)”标 签,以调出“Routing”选项卡页面,如下图所示。

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10个参数组分别介绍如下。
1)“Clearance Constraint” 为连线间距约束。如 下图所示。

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在对话框中,右边可以设置最小间距的数值和针 对哪些网络;左边可以设置约束的有效范围。
如“Layer (某信号层)”、“Object Kind (某类对 象)”等等,每一个范围选择可能还需要在其下面的栏 中进行具体的设置。用户可以根据自己的需要进行选 择,但在一般情况下,选择“Whole Board (整个电路 板)”即可。 设置完成后,单击“OK”按钮,返回原对话框, 可以看出在其下面的列表中将增加一项连线间距约束。 约束项的增加、修改和删除等操作与设置自动布局规 则时一样。

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2)“Routing Corners”为设置连线转角方式规则。

双击该项可增加一项连线转角方式约束,下图所示为
该规则参数设置对话框。

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3)“Routing Layers”为设置自动布线过程中哪
些信号层可以使用。双击该项可以增加布线层约束规 则,下图所示对话框。

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在对话框中,右边列出了32个信号层,缺省情况下系统只应 用了顶层和底层,其他30个中间信号层处于空闲状态。每一个工 作层的布线规则有多个选项,其中“Horizontal”表示以水平方向

连线为主,“Vertical”表示以垂直方向连线为主,“Not Used”表
示不在该信号层上连线。 对于双面板,只能选择“Horizontal”和“Vertical”,而且顶层

和底层不能采用同一种布线规则. 对话框的左边可以设置布线工
作层约束规则的有效范围,缺省为“Whole Board”。 设置完成后,单击“OK”按钮,返回原来对话框,在其下面的

列表中将增加一项布线工作层约束。

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4)“Routing Priority”为设置布线的优先权规则,

即布线的先后顺序。双击该项可以增加布线优先权约
束规则,如下图所示对话框。

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5)“Routing Topology”为设置布线的拓扑结构, 即以何种形状进行布线。双击该项可以增加布线拓扑 结构约束规则,调出下图所示的对话框。

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6)“Routing Via Style”为设置自动布线过程中使 用的过孔样式。选中该项,单击“Add”按钮可以增加 布线过孔样式约束规则,调出下图所示的对话框。

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7)“SMD Neck-Down Constraint”为设置表面粘 贴式焊盘颈状收缩的设计规则。双击该项(或选中该项, 单击“Add”按钮),调出下图所示对话框。

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8)“SMD To Corner Constraint”为设置SMD 元

件到导线转角间的最小距离限制设计规则。双击
“SMD To Corner Constraint”项,调出下图所示对话框。

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9)“SMD To Plane Constraint”为设置表面粘贴
式焊盘SMD中心到连接电源层的过孔或焊盘中心最小 间距的设计规则。双击“SMD To Plane Constraint”项, 调出下图所示对话框。

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10)“Width Constraint”为设置自动布线中使用连

线的最小和最大宽度。用鼠标双击“Width Constraint”
项,调出下图所示对话框。

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提示:

在所有的10个参数组中,“Routing Layers (布线
层)”是必须设置的。对于双面板来说,顶层和底层只 能选择“Horizontal (水平)”或“Vertical (垂直)”项, 而且二者所选项最好不要相同。另外“Clearance Constraint (连线间距约束)”和“Width Constraint (连 线宽度约束)”中至少设置一项,否则执行自动布线时 将出现错误或毫无结果。

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自动布线还有一些布线选项可供设置。设置的操

作步骤如下:
(1) 执行“Auto Route\Setup”菜单命令,如下图所 示。

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(2) 在调出下图所示的对话框中,主要是设置一些

布线合格的选项开关。例如印制电路板上有存储器件,
应将“Memory”项打开。一般情况下,使用系统的缺 省值即可。

(3) 单击“OK”按钮,完成布线合格选项的设置。

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9.4.2 执行自动布线
在自动布线设计规则设置完成后,就可以进行自 动布线了。自动布线具有5种方式 : (1)全局布线(All) 执行“Auto Route\All”菜单命令,命令执行后出

现下图所示结果。

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(2)指定网络布线(Net)

执行“Auto Route\Net”菜单命令,命令执行后光
标变成十字形状,移动光标到需要布线的网络(焊盘或 连接线),并单击鼠标左键,系统便开始自动对该网络 布线。如果单击的是焊盘,可能会出现一个快捷菜单, 如下图所示。这时应该选择“Pad”菜单项或者 “Connection”菜单项,而不能选择“Component”菜 单项。

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(3)指定两连接点之间布线(Connection) 执行“Auto Route\Connection”菜单命令,也可以 用字母热键A 、C 完成。命令执行后移动光标到需要 布线的连接线,并单击鼠标左键,系统便开始自动对 该连接线布线。该连接线布完后,继续选择其他的连

接线,直到布完所有的连接线。最后单击鼠标右键取
消选择连接线的布线命令状态。

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(4)指定元件布线(Component)

执行“Auto Route\Component”菜单命令,也可
以用字母热键A 、O 完成。命令执行后移动光标到需 要布线的元件,并单击鼠标左键,系统便开始自动对 该元件的所有管脚布线。该元件布完后,继续选择其 他的元件,直到布完所有的元件。最后单击鼠标右键 取消选择元件的布线状态。

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(5) 指定区域布线(Area) 执行“Auto Route\Area”菜单命令,也可以用字 母热键A 、R 完成。命令执行后移动光标到需要布线 的元件左上角,并单击鼠标左键,然后拖动鼠标使得

出现的矩形框包含需要布线的元件,之后单击鼠标左
键,以构造一个布线区域,系统便开始自动对该区域 的所有元件进行布线。该区域元件布完后,继续选择

其他的布线区域,直到完成所有的元件布线。最后单
击鼠标右键取消选择元件布线命令状态。

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9.4.3 布线调整

虽然 Protel 99 SE的自动布线成功率几乎高达
100%,但是并不代表其布线的结果是合理的。实际上, 自动布线的结果往往不能令人满意,最典型的缺点就 是布置的连线拐弯太多,有一些布线甚至是舍近求远。 因此一个最后成型的能够拿到制板厂制作印制电路板 的PCB图,经常需要在自动布线后进行手工调整。 布线调整实际上就是对布线进行删除、重布、移 动等操作。

第9章 PCB图双面布线设计 《 电 子 线 路 辅 助 设 计 Protel 99 ( 第 2 版 ) 》 SE 自动拆线具有4种方式,分别为“All”、“Net”、 “Connection”和“Component”,其功能与自动布线相反,为自

自动拆线功能集中有“Tools”菜单的下拉菜单中的“UnRoute”菜单项的子菜单中,如下图所示。

动拆线。

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9.4.4 保护预布线

在设计布线过程中,有时候可能需要事先布置一些
导线,以满足一些特殊要求,然后再利用系统的自动 布线功能。这时候就需要对已布置的导线进行保护, 以免受到自动布线的影响。

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预先布置的连线必须满足以下条件: 1)其支线必须终止于过孔。 2)其终止于元件管脚时必须终止于管脚中心(焊盘内孔范围内)。 3)预先布置的连接线必须被完整地布线(即从网络的一个元件管脚到 另一个管脚)。 4)预先布置的网络必须被完整地布线。

5)所有预先布置的连线必须满足设计规则。例如如果有一个网络同
时使用了10mil和20mil的连线,则设置连线宽度约束时必须包含 这两个数值。

6)所有预先布置的连线必须具有“锁定(Locked)”属性。

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要使预布的网络连线具有“锁定(Locked)”属性, 操作步骤如下: 1) 执行“Edit\Select\Net”命令,也可用字母热键 E 、S 、N 完成。

2) 移动光标需要保护的网络,单击鼠标左键,选
中该网络,使该网络的连线处于高亮状态。然后双击 其中一条连线,调出连线属性对话框。

3) 利用整体编辑方法,将选取部分设为“Locked
(锁定)”属性(参见导线整体编辑方法)。

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9.4.5 元件标号标注更新
通常情况下,设计原理图时的元件序号排列顺序, 在设计印制电路板时随着自动布局和手工调整,会使 元件的排列变得杂乱无章,不利于电路板的目视检查。 所以,有些时候就要对部分元件标号进行更新。

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系统的重新编号功能操作如下:

1)执行“Tools\Re-Annotate”菜单命令,出现下图
所示的对话框。

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2) 按照不同的需要,选择不同的工作方式,然后

单击“OK”按钮确定,即可实现元件的重新编号。同
时系统还会根据所定义的设置产生一个 ASCII 文件, 文件名后缀为“.WAS”,与原来的PCB图位于同一个 “Documents”文件夹中。

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3) 更新原理图的元件标号。在对PCB 图进行重新
编号后,最好回到原理图中,更新原理图的元件标号, 避免元件封装形式发生变化。其方法为: ①回到窗口左边的浏览管理器,单击对应原理图 文件,使当前工作区为原理图编辑器。 ②执行“Tools\Back Annotate”菜单命令,弹出调 入“*.WAS”文件的对话框,将上面PCB图重新标注形 成的扩展名为“.WAS”文件装入,然后单击“OK”按

钮,即可更新原来的原理图中的标注,同时系统给出
一个更新后的报告文件。

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9.4.6 印制电路板的3D显示
Protel 99 SE具有印制电路板的3D显示功能,使用 该功能可以显示清晰的PCB的三维立体效果,并且可 以随意旋转、缩小、放大及改变背景颜色等。在三维 视图中,通过设置可使某一网络高亮显示,也可使元 件、丝网、铜箔、字符隐藏起来。

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下面以振荡器和积分器印制电路板为例说明PCB的
三维显示操作过程。 1)打开“振荡器和积分器.PCB”文件,如下图所 示。

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2)执行菜单命令“View\Board in 3D”,或者按下
主工具栏中的按钮 所示。 ,就进入3D显示画面,如下图

第9章 PCB图双面布线设计 《 电 子 线 路 辅 助 设 计 Protel 99 ( 第 2 版 ) 》 SE

上图中,右窗口是三维图形显示区。左窗口是3D 浏览管理器Browse PCB3D,其内容分为三个栏: Browse Nets(网络浏览)、Display(显示)和图形旋转 控制栏。

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3)执行“View\Preferences”命令后,会弹出参数

设置对话框,如下图所示。使用该对话框可对3D显示
图形进行参数设置。

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在这个对话框中,分为三个选项栏:
● Display栏 与3D浏览管理器一样,也可以对元件、丝 网、铜箔、字符等显示或隐含进行设置。 ● Highlighting栏 用来设置要高亮显示网络的颜色以及 3D图形的背景颜色。

● Print Quality栏 用来设置打印的质量。
通过执行主菜单“View”的下拉各命令,可对3D显 示画面进行调整。

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