Cadence Allegro 进阶实战与高速PCB设计

本书依据Cadence公司目前的主流版本Allegro 16.6工具为基础，详细介绍了基于FPGA的高速板卡PCB设计的整个流程，其中的设计方法和设计技巧更是结合了笔者多年的设计经验。全书共18章，主要内容除介绍Allegro软件一些必要的基本操作和技巧外，还包括高速PCB设计精华内容，如叠层阻抗设计、高级技巧、STM32核心板PCB设计、DDR3设计、DDR4设计和八层机顶盒主板PCB设计，结合2-8层案例做了具体的分析与讲解。 本书是结合具体的案例来展开的，笔者在书中所讲解的内容旨在告诉读者如何去做项目，每个流程阶段的设计方法是怎么样的，哪些东西该引起我们的注意和重视，一些重要的模块该如何去处理……结合实际的案例，配合大量的图表示意，力图针对该板卡案例，以*直接简单的方式，让读者更快掌握其中的设计方法与技巧，实用性和专业性非常强。

深圳市英达维诺电路科技有限公司联合创始人兼EDA顾问，EDA无忧学院（www.580eda.net)金牌讲师。在PCB设计方面有着10年的设计经验，在硬件互连设计和PCB仿真领域有着自己独到的设计方法与理念。精通Cadence、PADS、AD、Hyperlynx和Sigrity等多种PCB设计与仿真工具。带领广州分公司团队长期奋战在PCB设计与仿真一线岗位，涵盖的设计包括计算机通信产品、多媒体产品、医疗仪器设备、交通运输设备和数码消费类产品等，有着丰富的设计与仿真经验。

目　　录
第1章　Cadence Allegro软件概述和安装 （1）
1.1　PCB设计软件介绍 （1）
1.2　硬件系统配置要求 （1）
1.3　Cadence Allegro 16.6软件安装 （2）
1.4　Cadence Allegro 16.6软件配置 （4）
第2章　基于STM32核心板的OrCAD原理图设计 （7）
2.1　原理图设计流程 （7）
2.2　创建原理图工程 （8）
2.3　新建、删除及重命名原理图 （9）
2.4　原理图规范 （12）
2.4.1　设置可视栅格和捕捉栅格 （12）
2.4.2　设置纸张大小 （13）
2.4.3　设置右下角标题 （14）
2.5　快捷键介绍 （18）
2.6　加载元器件库 （19）
2.7　放置和删除元器件 （21）
2.8　元器件的连线 （24）
2.9　原理图的DRC检查 （27）
2.10　常见问题及解决办法 （30）
2.10.1　导线十字交叉但未连接 （30）
2.10.2　元器件编号重复 （31）
2.10.3　检查VCC和GND是否短路 （31）
2.10.4　在原理图中复制元器件 （32）
2.10.5　在原理图中对元器件进行90°旋转 （32）
2.10.6　在原理图中对元器件进行X轴旋转或Y轴旋转 （32）
2.10.7　在原理图中搜索 （32）
2.10.8　浏览Parts （33）
第3章　Allegro SPB环境设置 （35）
3.1　User Preference常用操作设置 （35）
3.2　Design Parameter Editor参数设置 （53）
3.2.1 “Display”标签页 （53）
3.2.2 “Design”标签页 （55）
3.3　格点的设置 （58）
3.3.1　格点设置的基本原则 （58）
3.3.2　Allegro格点的设置方法及技巧 （58）
3.4　常用图层及其颜色可见设置 （61）
3.4.1　图层设置界面介绍 （61）
3.4.2　图层颜色设置方法 （65）
第4章　快捷键的设置 （66）
4.1　使用alias和funckey命令设置快捷键 （66）
4.2　设置环境变量 （67）
4.3　查看当前快捷键设置 （68）
4.4　Script的录制与快捷键的添加 （68）
4.5　skill文件的使用 （71）
4.6　Stroke的录制与使用 （72）
第5章　Allegro PCB元器件封装设计和封装库管理 （73）
5.1　焊盘的命名规则 （73）
5.1.1　贴片SMD焊盘的命名 （73）
5.1.2　通孔插件焊盘的命名 （74）
5.2　焊盘的创建 （75）
5.2.1　焊盘编辑器界面的介绍 （75）
5.2.2　贴片焊盘的设计 （77）
5.2.3　通孔焊盘的设计 （79）
5.3　封装创建实例 （81）
5.4　用软件向导创建封装 （86）
第6章　设计信息的导入 （91）
6.1　创建PCB文件 （91）
6.2　手动设计板框和定位孔 （92）
6.2.1　板框设计 （92）
6.2.2　定位孔的设计 （94）
6.3　导入结构图及板框设计 （95）
6.4　导入网表到PCB （98）
6.4.1　原理图生成网表 （98）
6.4.2　网表的导入 （99）
6.4.3　放置元器件 （101）
6.5　导出网表时常见的错误和解决方法 （102）
6.5.1　编号重复 （102）
6.5.2　未分配封装 （104）
6.5.3　同一个Symbol中引脚号重复 （104）
6.5.4　同一个Symbol中引脚名重复 （105）
6.5.5　封装属性中包含非法字符 （106）
6.5.6　元器件缺少引脚号 （106）
6.6　导入网表时常见的错误和解决方法 （107）
6.6.1　导入的路径下没有文件 （107）
6.6.2　找不到元器件的封装文件 （107）
6.6.3　缺少封装的焊盘 （107）
6.6.4　网表与封装的引脚号不匹配 （108）
第7章　布局设计 （109）
7.1　布局的设置 （109）
7.1.1　显示的设置 （110）
7.1.2　图层的设置 （110）
7.1.3　格点的设置 （113）
7.2　添加元器件禁布区域 （114）
7.3　交互式布局 （115）
7.4　布局常用命令 （117）
7.4.1　移动元器件 （117）
7.4.2　复选元器件 （118）
7.4.3　旋转元器件 （119）
7.4.4　对齐元器件 （119）
7.4.5　镜像元器件 （120）
7.4.6　飞线的开启和关闭 （120）
7.4.7　电源的地属性设置 （120）
7.4.8　替代封装命令 （122）
7.4.9　Swap命令 （123）
7.4.10　查询命令 （123）
7.4.11　测量命令 （124）
7.5　提取封装库 （124）
7.6　更新封装 （125）
7.7　布局的基本顺序和思路 （125）
7.8　布局的常规约束原则 （126）
7.9　元器件的排列原则 （126）
第8章　高速多层板的叠层阻抗设计 （127）
8.1　PCB板材及参数特性 （127）
8.1.1　敷铜板的定义及结构 （127）
8.1.2　铜箔的定义及应用 （127）
8.1.3　PCB板材分类 （129）
8.1.4　半固化片的形成及特性 （130）
8.1.5　PCB基材常见的性能指标 （131）
8.2　阻抗计算（以一个八层板为例） （134）
8.2.1　微带线阻抗计算 （134）
8.2.2　带状线阻抗计算 （136）
8.2.3　共面波导阻抗计算 （137）
8.2.4　阻抗计算的几个注意事项 （138）
8.3　高速多层板的叠层设计思路 （139）
8.3.1　合理的层数 （139）
8.3.2　电源层和地平面作为参考平面时两者的作用与区别 （141）
8.3.3　电源层、地平面和信号平面的相对位置 （142）
8.3.4　基于SI/PI、EMC和DFM的叠层原则 （144）
8.4　叠层阻抗设计实例讲解 （145）
8.4.1　四层板叠层阻抗设计实例 （147）
8.4.2　六层板叠层阻抗设计实例 （148）
8.4.3　假八层及如何避免假八层设计 （150）
8.4.4　八层板叠层阻抗设计实例 （152）
8.5　Altium Designer 20的叠层管理器介绍 （156）
第9章　约束规则设置 （158）
9.1　约束管理器介绍 （158）
9.2　信号的分类 （159）
9.2.1　Net Class的创建 （159）
9.2.2　Bus的创建 （161）
9.3　物理约束规则的设置 （162）
9.3.1　设置Physical约束的Default规则 （162）
9.3.2　设置Physical约束的扩展规则 （163）
9.3.3　为Net Class添加Physical约束 （164）
9.4　间距约束规则的设置 （164）
9.4.1　设置Spacing约束的Default规则 （164）
9.4.2　设置Spacing约束的扩展规则 （165）
9.4.3　为Net Class添加Spacing约束 （166）
9.5　Same Net Spacing约束 （166）
9.6　区域约束 （167）
9.7　Electrical约束 （169）
9.7.1　Electrical约束介绍 （169）
9.7.2　Relative Propagation Delay （170）
9.7.3　Allegro几种等长规则的设置方法 （170）
9.8　差分信号的约束 （175）
9.8.1　创建差分对 （175）
9.8.2　差分对的Physical约束 （178）
9.8.3　差分对的Spacing约束 （178）
9.8.4　差分对的Electrical约束 （179）
9.9　约束规则的使能开关设置 （181）
第10章　布线设计 （187）
10.1　Allegro布线的常用操作 （187）
10.1.1　Add Connect指令选项卡详解 （187）
10.1.2　Working Layers的用法 （189）
10.1.3　Add Connect的右键菜单命令 （190）
10.1.4　布线时的常用设置 （190）
10.1.5　布线调整Slide指令选项卡详解 （191）
10.1.6　改变走线宽度和布线层Change命令的用法 （192）
10.1.7　快速等间距修线Spread Between Voids命令的用法 （193）
10.1.8　快速布线优化Custom Smooth命令的用法 （194）
10.2　布线常用技巧与经验分享 （195）
10.3　修线常用技巧与经验分享 （199）
10.4　Fnout处理 （202）
10.5　等长绕线 （203）
10.6　差分相位等长绕线 （203）
10.7　布线的基本原则 （204）
10.8　布线的基本顺序 （204）
10.9　布线层的规划 （205）
10.10　布线的基本思路 （205）
第11章　电源层与地平面的处理及敷铜设计 （207）
11.1　电源层与地平面处理的基本原则 （208）
11.1.1　载流能力 （208）
11.1.2　电源通道和滤波 （209）
11.1.3　直流压降 （211）
11.1.4　参考平面 （212）
11.1.5　其他要求 （213）
11.2　电源层与地平面的分割 （214）
11.2.1　电源层与地平面负片铜皮的处理 （215）
11.2.2　电源层与地平面正片铜皮的处理 （218）
11.3　铜皮的绘制和编辑 （222）
第12章　PCB设计的后处理 （224）
12.1　丝印的处理 （224）
12.1.1　字体参数的设置 （224）
12.1.2　丝印设计的常规要求 （225）
12.1.3　丝印的重命名及返标 （226）
12.2　尺寸的标注 （228）
12.2.1　线性标注 （229）
12.2.2　角度标注 （230）
12.2.3　添加指引线 （230）
12.2.4　直径尺寸的标注 （230）
12.2.5　半径尺寸的标注 （232）
12.2.6　与尺寸的标注相关的操作说明 （232）
12.3　PCB生产工艺技术文件说明 （233）
12.4　输出光绘文件前需要检查的项目与流程 （234）
12.4.1　基于Check List的检查 （235）
12.4.2　Dispaly Status的检查 （235）
12.4.3　Dangling Lines和Dangling Vias的检查 （236）
12.4.4　单点网络的检查 （237）
第13章　光绘和相关文件的参数设置与输出 （239）
13.1　钻孔文件的设置及生成 （239）
13.2　Rou文件的设置与生成 （240）
13.3　钻孔表的处理及生成 （242）
13.3.1　钻孔公差的处理 （242）
13.3.2　相同孔径的钻孔处理 （242）
13.3.3　钻孔符号的处理 （243）
13.3.4　钻孔表的生成 （244）
13.4　光绘文件的设置与输出 （245）
13.4.1　光绘文件中各层的命名及对应层的内容 （245）
13.4.2　光绘文件中各项参数的设置及其输出 （246）
13.5　输出IPC网表 （248）
13.6　输出贴片坐标文件 （248）
13.7　输出结构文件 （249）
第14章　Cadence Allegro软件的高级功能 （251）
14.1　Allegro限高规则的设置 （251）

自 荐 序
作为时代的新兴产物，5G和人工智能将会引领下一波计算浪潮，电子产品也将会具有智慧。对于电子产品而言，要具有智慧，就要求集成电路高度集成化，这也就意味着电子产品的硬件设计难度将大大增加。也正因此，PCB（印制电路板）作为基础的电子元器件标准也会更高。我长期带领公司的PCB设计团队攻关军工、航天、通信、工控、医疗和芯片等领域的高精尖设计与仿真项目，编写出版了多本EDA书籍，系列书籍更是被业界称为“高速PCB设计宝典”。
在多年的职业生涯中，自从2002年涉足硬件高速设计这个行业后，对每一个项目进行技术总结和分享已经成为我的一种兴趣。我写了好多原创技术文章，并陆续发表在各个电子论坛，获得了业内人士的一致好评。也和论坛合作，利用周末时间举办各种技术沙龙，帮助了很多初入硬件行业的电子爱好者。后来，电子工业出版社邀请我编写EDA和硬件开发相关书籍，并担任“EDA设计智汇馆高手速成系列丛书”的编委会主任，也从此爱上了写作和总结分享。
在这几年的创业实践中，我们每年有超过3000款的PCB设计项目，同时在培训的过程中收集了很多学员的疑问和经验，因此希望将这些经验能够让更多的工程师和学生受益，希望本书能够带给读者专业的学习参考，同时也为刚入行的年轻人带来鼓舞与希望。
一个优秀的PCB工程师不仅要精通EDA软件，还要懂硬件电路、SI/PI、EMC知识和成本意识。这也就要求你要学习多方面的知识，不仅要学，还要学明白，变精通，学无止境。
其实人生就是一个经历过很多以后最终又回到原点的过程，有人能百折不挠，越挫越勇，有人碰到困难就举白旗，那又怎能成功呢？      
未来，中国EDA行业和中国PCB工程师的前景会更好，这是我们的愿望，也是所有人的愿望。祝愿在不久的将来，大家美梦成真！

林超文     
2020年5月于深圳

 
前    言
面对电子信息技术的飞速发展与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、更低的成本和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、融合和进步，以帮助产品开发人员降低设计复杂度和缩短研发周期，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 17.4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中，积累了大量的高速设计、软件使用和辅助开发的实战经验，并于2017年荣获第五届IPC中国PCB设计大赛的亚军，多次受邀给各大军工企业的工程师和高校的学生做以Cadence软件为基础和关于高速PCB设计课题的培训。
在PCB设计行业，Cadence公司的Allegro软件以严谨的设计流程、先进的软件功能和高效的设计方法成为高端的设计平台之一，得到国内外众多知名企业的青睐。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。本书秉着通俗与实用的目的，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。
本书从构思到编写完成，历时一年有余。本书中有些选项设置或操作命令，由于编者平时实际工作中基本上不使用，故在书中没有做详细介绍。若有读者对某些操作命令感兴趣，可直接与编者进行沟通。本书反馈邮箱为[email protected]，真诚希望能得到来自读者的宝贵意见与建议。
高速PCB设计领域不断发展，同时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无法反映在本书中，敬请读者批评指正。我们开通了一个技术论坛：www.dodopcb.com，读者可以在这里找到很多关于电路板设计的资料和信息。我们也录制了一些增值视频并上传至EDA无忧学院（www.580eda.net），读者可以根据需要自行选择。
由于日常工作繁忙，本书的编写只能利用业余时间完成，在生活上，父母和爱人给予了充分的理解和大力支持。同时，编者在技术领域的成长过程中，得到了众多同事、朋友的大力帮助，在此向他们表示衷心的感谢。

罗新林     
2020年5月于广州