PCB版图设计(Ultiboard)

PCB版图设计任何电子设计的最终物理实现都必须有PCB板，它既是各类电路元器件的承载体，又起到保障电气连接的作用，现代电子设计人员学习PCB板制意义十分重大。

Ultiboard 9的功能与应用第一节Ultiboard 9概论一、Ultiboard 9的特点电路设计的主要物理实现形式之一就是印制电路板(PCB：Printed Circuit Board)，它既是各类电路元器件的承载体，又起到保障电气连接的作用。

对于研发电子设备或电子电路系统的设计者而言，无论使用集成度多么高的IC器件，总是不能回避PCB 设计环节。

对比较复杂的电路系统进行PCB设计时，如果采用纯粹的手工布线，需要投入比其电气原理图设计更多的精力和时间，而且难以做到设计无误，不但浪费了时间，还会增加研制开发费用。

显然，设计者只有具备和掌握出色的PCB设计工具，才能适应日益激烈的电子技术市场竞争的需要。

EDA开发软件Electronics Workbench是加拿大公司Interactive Image Technologies Ltd.于1988推出的一个很有特色的EDA工具，自发布以来，已经有35个国家、10种语言的人在使用这种工具。

它（Electronics Workbench）与其他同类工具相比，不但设计功能比较完善，而且操作界面十分友好、形象，易于使用掌握。

电子设计工具平台Electronics Workbench主要包括Multisim和Ultiboard两个基本工具模块。

Ultiboard是Electronics Workbench中用于PCB设计的后端工具模块，它可以直接接收来自Multisim模块输出的前端设计信息，并按照确定的设计规则进行PCB 的自动化设计。

为了达到良好的PCB自动布线效果，通常还在系统中附带一个称为Ultiroute的自动布线模块，并采用基于网格的“拆线—重试”布线算法进行自动布线。

Ultiboard的设计结果可以生成光绘机需要的Gerber格式板图设计文件。

Ultiboard 9是一款功能强大的印制电路板软件，它可以同Multisim、Ultiroute 进行无缝链接，从而可以设计出高性能的多层电路板，并且能够迅速的把设计电路转化为实际产品。

Ultiboard 9这款软件的功能虽然非常强大，但是，由于印制电路板电路设计比绘制电路图难一些，各方面的要求也比较严格，而且它是最终的产品，要想达到对其操作时有一种驾轻就熟的感觉，还真得下一番功夫。

Ultiboard 9与其它同类的Layout设计工具相比较，它具有自己独特的特点。

(1) 直观、友好的全新菜单：可与Multisim无缝链接,生成共享信息，减少往返传递次数,使它们构成一个综合完整体。

元件属性包括零件数、封装列表、门组、布局、镜像、旋转、锁存规则、固定规则、VCC、GND电源管脚等，都由Multisim集成，然后传递到Ultiboard 9。

(2)板层多、精度高：Ultiboard 9 最大的制板尺寸为42×42inch(英吋)。

总共32层，(顶层、底层、30个内电层)。

(3) 快速、自动布线：自动布线器是带有推挤、存储、拉件、优化的智能化16层的基于形状的，无网格的自动布线器。

可以快捷简便地建立和使用，效益高。

过孔可减少至40%。

比原来的网络布线快10-20倍。

（4）强制向量和密度直方图：为了使PCB设计的布局达到最佳效果，Ultiboard 9提供了“强制向量”和“密度直方图”功能，相对而言，这是Ultiboard 9布局操作中比较有特色的两个功能，将有助于用户使自己的PCB设计尽可能达到较完美的布局效果。

强制向量（FORCE VECTORS）是Ultiboard 9提供达到最佳智能布局的有力功能之一，即在用户采用手工放置元件封装时，也应注意利用强制向量功能，它可保证布局时将属于同电气连接网络的元件尽可能靠近，从而保证板上各元件引脚间连线最短化的要求。

强制向量实际上是一种特殊的算法，它把每个元件上的各条有方向和长短的飞线视为一个向量，则每个元件存在一个向量空间，将这些向量求和生成一个所谓“强制向量”，该向量既有大小也有方向，并可显示在工作区内。

通过沿强制向量方向上移动元件，尽量使该向量长度变短，等效于使元件的各条飞线最短化，以达到此规则下的最佳布局效果。

Ultiboard 9中的密度直方图(Density Histograms)是用来表示印制板在X、Y轴两个方向板面上布线的连接密度。

如果板上布线密度十分不均匀，密度过高地方的走线布通就很困难，而密度过低又会浪费板面积，所以布局时最好使整个板面保持相对均匀的连接密度。

通过观察密度直方图后相对调整布局以改善布线密度。

（5）智能化的覆铜技术：使复杂的铜区容易布线。

（6）全方位的库支持：库管理器（Library Manager）使库及封装管理流线化。

全面的PCB封装形式，结合图形化的管理、编程，使得建库、封装简单易行。

（7）支持CAM：产生Gerber文件，使制板工程师无需考虑制板厂商文件格式的兼容性，从而使设计工作到出产品一气呵成！（8）使用元件（自动、圆形驱动、元件组等）放置器可以大量节省放置元件的时间（9）模拟的三维印制电路板视图：为了观察印制电路板设计的效果，Ultiboard 9提供了“三维视图”的功能。

对比与其它印制电路板EDA设计软件，这是Ultiboard 9布局操作中很有特色的一个功能。

这将有助于用户随时可以观察自己的PCB设计的实际效果图。

三维效果图（3D）是Ultiboard 9提供给用户观察PCB设计效果的一项功能。

当用户在设计印制电路板时，利用三维效果的功能，就可以随时在设计过程中观察整个印制电路板的三维结构图（包括器件的布局、布线），从而保证设计者对所设计的电路板有个直观的认识，有助于使自己的PCB设计尽可能达到比较完美的布局、布线效果。

这自然会缩短产品设计周期、降低设计风险。

二、Ultiboard 9工作界面Ultiboard 9的界面如图1-1所示，在元件布局时需要较大的工作区，此时可将俯视3D示窗工作区引脚属性有关信息栏随信息标签不同而不同14个有关信息标签图1-1 Ultiboard 9工作界面图、设计工具箱、3D示窗关闭，也可以关闭一些暂时不用的工具条来扩大工作区，需要用时再通过主菜单中“View”来显示之。

其主菜单及其功能如下：1. 主菜单：（1）File（文件）菜单及功能如图1-2所示；（2）Edit（编辑）菜单及功能如图1-3所示；（3）Place菜单及功能如图1-4所示；（4）Design菜单及其功能如图1-5所示；（5）Autoroute菜单及功能如图1-6所示；（6）View菜单及其功能如图1-7所示；其中Toolbars下属菜单如图1-8所示；（7）Options菜单及其功能如图1-9所示；（8）Tools菜单及其功能如图1-10所示；（9）Window菜单及其功能如图1-11所示；（10）Help菜单及其功能如图1-12所示。

图1-4 Place菜单及功能图1-5 Design菜单及功能图1-6 Autoroute 菜单及功能图1-7 View菜单及其功能图1-8 Toolbars菜单图1-9 Options 菜单及功能2.编辑元件（1）元件的放置 要用鼠标移动元件，将光标选中要移动的元件封装符号上，按住左键不放拖拽鼠标，使该元件移动到位后放开鼠标左键，按此方式可继续移动其它元件。

受鼠标网格当前设置的限制，有时用鼠标移动元件无法移到准确的坐标位置，此则可利用坐标移动元件。

双击要移动的元件，屏幕上出现“Component Properties ”对话框，选中“Position ”，如图1-13所示。

在“放置坐标”栏内输入准确的X 、Y 轴坐标参数，并可根据需要调整“放置角度”栏内的角度参数，单击“应用”按钮，再点击“OK ”按键关闭对话框。

对话框内，不但可以改变元件放置的坐标、角度，还可以根据实际需要调整元件其它特性。

（2）复制元件图1-10 Tools 菜单及其功能图13-1-11 Window 菜单及其功能图1-12 Help 菜单及其功能选中要复制的元件，点击按键－Copy，而后点击按键－Paste ，将已复制的元件放到所需的位置。

（3）移动数个元件 如果需要整体移动工作区内彼此相邻的数个元件封装，不必逐个移动，可以按住键盘上的“Shift ”键，逐个选中，而后拖动到位。

（4）删除元件当放置的元件封装不合适或者要用其他元件封装代替时，就需要进行元件删除操作。

将光标置于要删除的元件上，单击左键选中元件，点击或按键盘上的“Delete ”按键，就删除了所选元件。

（5）锁定元件与解锁元件锁定(Lock)元件与解锁(Unlock)元件也是重要的操作步骤。

当用户肯定整个元件位置不需要再移动位置后，可将其放置位置锁定。

先选中要锁定的元件，右击出现菜单后（如图1-14所示），点击后，则这元件的位置被锁定，如图1-15所示在俯视图用红色标出。

如果要移动被锁定的元件，系统立刻会出现错误操作提示框，如图1-16所示。

系统不图1-13 Componert Properties 对话框允许用户随意移动被锁定的元件，如果一定要移动，则必须解锁该元件，即选中要解锁的元件，右击，出现菜单后点击，此后，该元件便可以自由移动了。

3.修改元件封装如果想改变现有元件的封装形式，只需选中该元件，点击Tools菜单下的（参看图1-10），出现对话框“Get a part from the Database”，如图1-17所示，在中间的红线圈的地方，选择封装形式，浏览在右边“Preview”中，电阻R1改变封形式如图1-18所示。

图1-16错误操作提示图1-15 锁定元件在俯视图中的标志图1-14 右击元件出编辑栏4.元件列表在设计过程中，常常需要及时了解放置了多少个元件、使用了哪些元件标识等信息，此时可执行点击屏幕下方的信息栏对话框中的“Part ”，如图1-19所示。

如果该信息栏关闭，可通过View/Spreadsheet View 打开信息栏（参看图1-7）。

5.焊盘信息与查看元件列表类似，查看焊盘（Pads 衬垫）信息，可以点击屏幕下方的信息栏对话框中的“THT Pads ”，结果如图1-20所示。

6.元件位置查看元器件位置（Ports Position ）信息，可以点击屏幕下方的信息栏对话框中的“Ports Position ”，结果如图1-21所示。

其它有关信息查看，请读者自行操作，在此不再详述。

图1-18 电阻R1改变封装形式图1-19 元件列表7.印刷板布局在PCB 轮廓线内放置元件封装时的元件相对空间位置，包括哪些元件应该彼此相邻、哪些元件应该放置得相对远—些，元件与元件之间的距离保持多大等等，都属于印刷板的布局问题。