原创 引用 PROTEL 99 SE特性手册

第一章 原理图设计

一、     

新建设计数据库

1．MS Access
Database方式

设计过程中的全部文件都存储在单一的数据库中，同原来的Protel99文件方式。即所有的原理图、PCB文件、网络表、材料清单等等都存在一个.ddb文件中，在资源管理器中只能看到唯一的.ddb文件。

2．       
Windows File System方式

在对话框底部指定的硬盘位置建立一个设计数据库的文件夹，所有文件被自动保存的文件夹中。可以直接在资源管理器中对数据库中的设计文件如原理图、PCB等进行复制、粘贴等操作。

注：这种设计数据库的存储类型，方便在硬盘对数据库内部的文件进行操作，但不支持Design Team特性。

二、      方便的文件查找功能

Protel99 SE方便的查找功能，使我们能够轻松找到存储在设计数据库中的文件，我们再也不用担心时间长了忘记文件放在哪个设计数据库中了。只要Document文档界面中点击File 》Find Files菜单项，就可以弹出上面的查找对话框。

1.            
Name and Location

在这个对话框中输入要查找的文件名，要查找的目录，参照上图。

2.            
Date Modified

    输入要查找的时间范围。

3.            
Advanced

输入要查找的文件类型和文件大小。

        在查找过程中，我们可以随时停止查找过程。

三、直接浏览原理图库器件

1. 在原理图左侧操作面板底部，增加了库元件浏览窗口，通过浏览器可以直接看到在库列表中选中元器件的形状。

2．增加库元件浏览对话框，点击Design》Browse Library菜单项弹出该对话框。

四、增强的选中功能

在原理图中选中一组器件，使用Tools 》Select PCB
Components菜单项，PCB中相同的元件将被选中。

五．文本字符在线编辑

在原理图图纸上可就地实现文本字符编辑。对字符单击，再击，进入编辑状态。

六、器件标号的重新注释

1．  器件标号可以按四种不同的顺序重新标注。使用Tools 》Annotate菜单项。

2. 高级Sheet-by-Sheet注释特性带有用户可定义的标志符范围和（或）后缀。

七、库中器件管脚的热点捕捉

在原理图库中放置管脚时的热点捕捉功能，方便识别哪一端为电气连接端。

八、删除元件库中器件的确认功能

在原理图库文档中，删除器件，自动提示确认对话框，避免误删有用的器件。

九、产生元件类和网络类

 可以从原理图上建立PCB元件类，包括PCB上所有元件在内。可以从总线建立PCB网络类。点Design 》Update PCB菜单项，在Update Design 对话框Classes选项中实现。

十、端口、图纸入口功能增加

增加了垂直端口和图纸入口的顶部底部放置方式。

十一．丰富的输入、输出功能

1．可读/写AutoCAD(*.DXF、*.DWG)直到2000版所有格式文件。

2．可读入OrCAD
Capture V7&9版本原理图文件。

3．可Import/Export
P-CAD 2000/ V1.5版本的原理图文件。

第二章  PCB设计

一、层管理功能

 Protel99 SE现扩展到32个信号层，16个内电层，16个机械层，在层堆栈管理器用户可定义板层结构，可以看到层堆栈的立体效果。在开始一个新文件时，可以观看例
子中的演示效果。层名称可以定义或重命名。可以修改介质参数,可以改变层的放置顺序。可以设置不同形式的钻孔层对。如：盲孔、埋孔。

菜单选项在Design 》Layer stack manager中。

二、强大的机械层管理

在Protel99 SE中最多可以设计16个机械层，用Design 》 Mechanical Layers可以选定使用哪一个机械层，Visible确定可见方式，Display In Single Layer Mode，授权可否在单层显示时放到各个层上。

三、设计规则

规则增加许多，规则可以被命名，可以失效，规则可以导入导出，可以浏览，可以高亮，规则可以列出报告。可以选择适用规则巡视。新规则主要有：

1．         
SMD Neck-Down Constraint

   定义SMD的瓶颈限制。即SMD的焊盘宽度与引出导线宽度的百分比。

2．         
SMD To Plane Constraint

      定义SMD到地电层的距离限制。

3.  Hole Size Constraint

定义打孔尺寸限制。该规定制定最大和最小孔尺寸，且服从在线和批处  理的DRC。

   4．
Layer Pairs

   层对规则。授权使用层堆栈管理器中设置的层对和钻孔层对。

5． Testpoint
Style

   测试点风格。设定测试点大小，所在的层面等。

6． Testpoint
Usage

   测试点用法。定义对指定的网络、网络类、或整板加测试点。

7．Room Refinition

   房间定义规则。指定特定的元件放到特定的区域。

四、增强的元件布局

1．             
Room用法

可以将元件、元件类或封装分配给一个房间，房间可以定义在顶层或底层，并且可以确定目标保持在其内或其外。当移动房间时，房间内的实体也随之移动。房间定义可以失效，可以被锁定。

操作方法：用放置工具条中的Room放置房间，双击这个房间定义属于这个房间的器件，也可以在规则中定义Room。用布局工具条下面的放置到指定房间，可以快速将属于这个房间的实体放到房间内。

2．手动布局时隐藏网络飞线功能

在进行手动布局时，移动器件期间，敲“N”可以使网络飞线暂时消失，

   当移动到指定位置后，网络飞线自动恢复。

3．布局中的动态长度分析器

 我们在移动元件时，99
SE的基于连接长度动态分析器会自动分析布局  好坏，并且动态显示绿线（好），红线（坏）。

3．  新增加X轴和Y轴元件布局格点

当元件移动或放置时，X、Y方向可以按不同的格点移动。只要点Design》Options菜单，在Options对话框中设置适合的格点就可以了。

5. 新增布局工具条

用View\Toolbars\Component Placement 菜单切换布局工具条。利用布局工具条可以方便的将元件按顶部、底部、左边、右边对齐，还可以将属于Room中的器件放到Room里。功能同Tools\
Ineractive Placement中的选项。

五、库编辑器增强的拷贝粘贴功能

  元件可以从PCB中复制到PCB库中，也可以从PCB库中复制到PCB中。

  操作步骤：选择PCB中的一些元件，复制，粘贴到PCB库元件列表中，则这些元件被建立在PCB库中。从PCB库元件列表中选择一组封装，复制，粘贴到PCB工作区，则该组元件一起放到PCB工作区中。

六、  在PCB中修改元件封装

  可以直接对PCB界面中的器件封装进行编辑。

      如对PCB中器件封装增加焊盘，操作步骤：

①增加焊盘，将焊盘设置为被选中状态；

②将需要增加的元件设置为原始图素；

③选Tools》Convert》Add Selected Prmitives to Component；

提问要增加焊盘的元件，确认即可。

七、放置工具条增加功能（Place）

1． 
Interactive Routing

用于画电气连接线。例如：连接焊盘、过孔之间的走线。

2．Line

   用于画非电气连接线。例如：在机械层画外形线。

3．Arc

   新增以边放置任意角度弧和放置整圆弧两项功能。

   4．Keep
Out

可以将禁布区放到任意布线层上，如顶层、底层，并且可以用线、圆、圆弧、填充来方便的定义。

八、Option中只显示用到的层

在Protel99 SE的Option功能选项中只显示用到的信号层、电源层、机械层等。使我们很清楚地看到PCB文件的层数。

九、在已覆铜区域放线条，可以自动重新铺铜

此功能适用于交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。

操作方法：选择\Tools\Preferences\Option中的Polygon Repour中选为Always。如果布线方式为避免障碍，则应选择Plow Through Polygon打对勾。这时，如果在已铺铜的PCB中修改走线，铺铜会自动重铺。

十、过孔显示网络名称

过孔可以直接连接到内电层，且显示网络名称。过孔可以设计为盲孔、埋孔，在层管理的钻孔层对中设置。

十一、强大的全局编辑功能

元件全局编辑能力加强，支持元件标称全局调整。

操作方法：在元件对话框中把其标志符由U变成IC，然后单击对话框全局编辑钮扩展改变。在匹
配属性列Designator域输入U* （意味着找到所有标志符以U 字符开始的元件），在拷贝属性列Designator域设置｛ U=IC ｝ （意味着将所有标志符以U 字符开始的元件改变为相应的以字母IC开始）。然后按OK键执行改变。

十二、选择功能加强

1．           
可以直接在左侧导航面板上选择实体，PCB工作区内的相应实体将被选中。

2．           
Create Union

   可以建立基于选择的联合，联合可以被解散。在Tools》convert中。

3．  Find
Selections

使用Toolbars 菜单中能激活Find Selection工具条从一个选择物体（或属性）到下一个。工具条上的钮允许你从一个选择物体以向前或向后的方向走向下一个。这种方式是有用的，你既能在选择的属性中也能在选择的元件中普查。

十三、增强的解散功能

元件、尺寸标注、坐标和多边覆铜都可以被解散。选择\Tools\Convert Group/Ungroup 可以解散这些实体。用这个功能可以在英制工作区建立公制尺寸，移动坐标字符串而不改变坐标位置。

十四、增强的补泪滴功能

泪滴焊盘形状可以定义为弧形或线性，可以对选中的实体，也可以对所有过孔或焊盘。选项Tools\Teardrop
Options.

要对单个焊盘补泪滴，先将焊盘双击作为选中状态，然后选择补泪滴工具条中的“All Pads”和“Selected Objects Only”为选中状态，“Ok”即可。

十五、布线在焊盘上时，切换层不增加过孔

   在手动布线过程中，光标在焊盘上时，用*切换层，则在焊盘上不增加

   过孔。这样可以避免重孔。

十六、状态条信息的增强

      当光标放在PCB的实体上时，在PCB界面底部状态条显示光标位置所盖图素的属性。

十七、3D显示

增加3D显示功能。可以显示清晰的三维立体效果，不用附加高度信息，元件、丝网、铜箔均可以被隐藏。可以随意旋转、缩放，改变背景颜色等。选项View\Board in 3D

十八、新的自适应移屏方式，与板尺寸无关

在优选项对话框中Autopan Style有许多种移屏方式，可根据设计需要选择不同移屏方式。

1．         
Disable 方式

自动移屏方式失效，光标只在当前范围内移动。

2．         
Re-Center方式

自动移屏方式自动以光标所在位置为中心显示。

3．         
Fixed Size Jump方式

自动移屏方式自动以适合尺寸滚动。

4．         
Shift Accelerate方式

加快滚动方式。

5．         
Shift Decelerate方式

减慢滚动方式。

6．         
Adaptive方式

   自动移屏聚焦方式。自动移屏速度与设计尺寸和显示内容无关。

十九、可以对个别焊盘或过孔设置阻焊

双击焊盘或过孔就可以修改Advanced 中的Override阻焊延伸值。这种功能对于设置SMD的Mark点非常有用。

二十、PCB封装库增加Redo、Undo功能

在建立PCB封装时，不再耽心误操作，Redo、Undo帮我们轻松实现取消、重做功能。

二十一、打印功能增强

可以在打印设置中添加或删除要打印的层，控制打印位置、比例、分页，并且可以预览打印结果。

在编辑选项中，我们可以方便地插入层，删除层。用Change可以修改层内焊盘、走线、字符串等的形式。打印设置可以作为文件存储，可以输入、输出到其它设计文件中。

利用Tools工具条中的选项可以设置不同的打印形式。例如：我想将PCB文件分层打印，则选择Create Final设置。要想将所有层合起来打印，则选用Create
Composite设置。还可以直接打印钻孔图、装配图等。

二十二、第三方接口增强

1．在PCB界面用Import可以读取Orcad Layout V9 (*.max);

2．Import/ Export
P-CAD 2000/V1.5 PDIF(*.PDF);

3．Import PADS
ASCII一直到PowerPCB V.2的所有版本；

4．A Import/
Export AutoCAD一直到R14版的(*.DWG,*.DXF)文件；

5．在自动布线器中增加与Specctra布线器的接口。

二十三、强大的CAM管理功能

  CAM管理器是一个配置和生成PCB生产文件的强大控制中心。CAM的输出配置文档可以随时修改，可以根据不同的厂家不同的生产工艺，建立不同的输出设置 文件。CAM配置文件可以从一个文件复制到另一个文件中。CAM管理器可以集中产生包括光绘文件、钻孔文件、材料清单、DRC报告文件、拾放文件和测试点 报告等。所有输出文件自动存到CAM文件夹中。

根据导航面板我们很容易产生需要的输出文件。下面我们以产生光绘文件和钻孔文件为例。

当我们根据导航提示选择Next选好Gerber文件制式（默认英制2：3），设计的层次等 等后，出现Gerber
Output1-------Gerber时，选择Tools》Preferences
》 Export CAM Outputs设置输出文件夹，点击右键或选择Tools 工具条中的Generate CAM Files产生光绘文件到CAM文件夹中。然后选择Edit 》Insert
NC Drill产生钻孔文件。将所有的CAM文件夹下的文件压缩给印制板厂家就可以加工印制板了。我们还可以用PCB界面中File 》Import输入每层光绘文件检查是否正确。

第三章         原理图仿真

Protel99 SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE /XSPICE。它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。

Protel中支持的电路分析类型有：静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析，付立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。

可用于仿真的电路，必须满足以下条件：

1．首先，必须用仿真库中的器件（或用户自己建的器件仿真模型和器件符号）搭成电路，仿真库在\\Design Explorer 99 SE\Library\Sch\Sim.ddb文件中；

2．其次必须有激励源；

3．对所关心的节点建立网络标号；

4．如需要，设定初始条件。

一、  仿真（Simulation）菜单项

1．Run

运行仿真命令，同工具条上的 按钮，如想终止仿真过程，（ ）按钮。

2．Sources

此子菜单罗列出了较常用的激励源。我们在搭电路时，可以从这里找到常用的直流信号源、正弦信号源、脉冲信号源。除了这些常用的信号源外，Protel99 SE还支持指数源、分段线性源、单频率调频源、多项式源。下面将分别介绍：

①        正弦源（Sin）

只要简单的双击激励源，就可以看到它的属性选项。

DC Magnitude  DC幅度（忽略）

AC Magnitude  AC幅度（交流小信号分析时，通常为1V）

AC Phase      AC相位

Offset        偏置电压

Amplitude     振幅

Frequency     频率

Delay         延迟时间

Damping Factor 阻尼因子

Phase         初始相位

在Protel99 SE中正弦电压源的名称为VSIN，正弦电流源为ISIN。

②        脉冲源

DC Magnitude

DC幅度（忽略）

AC Magnitude

AC幅度（交流小信号分析时，通常为1V）

AC Phase

交流相位

Initial Value

初始电压

Pulsed Value

脉冲电压值

Time Delay

延迟时间

Rise Time

上升时间

Fall Time

下降时间

Pulse Width

脉冲宽度

Period

脉冲周期

Phase

脉冲相位

  在Protel99 SE中，脉冲电压源为VPULSE，脉冲电流源为IPULSE。

③        指数源

前面三个参数同上。

  Initial Value      初始电压

  Pulse Value      峰值电压

  Rise Delay       上升延迟时间

  Rise Time       上升时间常数

  Fall Delay       下降延迟时间

  Fall
Time        下降时间常数

在Protel99 SE中，指数电压源的名称为VEXP，指数电流源为IEXP。

④        分段线性源

分段线性源形中的每一点可由（Ti，Vi）描述，并且每一对值（Ti，Vi）表明信号源在时刻Ti的值。

在99SE中，分段线性电压源的名称为VPWL，分段线性电流源名称为IPWL。可在分段线性电压源属性对话框的Time/Voltage 区域中输入各时刻所对应的电压值。如是分段线性电流源则输入各时刻所对应的电流值。

File Name区域，用户也可以通过文件输入的方法给出分段线性电压源的波形数据。此法对波形复杂、数据量大时使用。用户只需把分段线性源的波形数据存于一个扩展名为.pwl的文件即可。

⑤             
单频调频源

Offiset

偏置电压

  Amplitude

  振幅电压

  Carrier Frequency

  载波频率

  Modulation Index

  调制系数

  Signal Freqency

  信号频率

在 Protel 99SE中，单频调频电压源的名称为VSFFM，单频调频电流源的名称为ISFFM。

⑥        多项式源

在Protel99 SE中，也为用户提供了更加方便、更加复杂的函数运算信号源（自然包括了多项式源）。如下图所示是其符号和名称。图中（a）是函数运算电压源，名称为 BVSRC；(b)为函数运算电流源，其名称为BISRC。这此两者都可以在Simulation Symbols.lib库中找到。

在PROTEL中，如果使用了函数运算信号源，则必须设置其属性，请打开其属性对话框并按要求完成设置工作即可。

Designator：设置函数运算电压源的名称；

Part Type：函数表达式，如V(IN)^2)或ABS(V(IN)*5)+1（＾表示幂运算）；

在此可使用的函数如下：

ABS(), LN(), SQRT(), LOG(), EXP(), SIN(), ASIN(),
ASINH(), SINH(), COS(), ACOS(), ACOSH(), COSH(), TAN(), ATAN(), ATANH()。

同时可以使用运算符： +, - , * , / , ^（幂）等。

为了设置函数运算信号源，必须为相关节点设定网络标号，然后才能在属性对话框中指定，其语法是：

V(NetLabel)：表明电压参考点在NetLabel ；

I(NetLabel)：表明电流参考点在NetLabel ；

 例如，电路中有个节点的网络标号为IN，那么就可以定义如下的表达式：

ABS(V(IN)*5)+1：表示节点IN电压的5倍的绝对值再加上1伏偏置电压。

V(IN)^3 ：表示节点IN电压的三次方。

COS(V(IN))：节点IN电压的余弦。

⑦        受控源

在Protel99 SE中电压控制电压源的名称为ESRC；电压控制电流源的名称为GSRC；电流控制电压源的名称为HSRC；电流控制电流源的名称为FSRC。它们的符号如右图所示。

　Protel99 SE受控源器件在sim.ddb中的Simulation Symbols.lib里面可以找到。

3.Create SPICE Netlist

建立SPICE网表，Protel99 SE在仿真之前要生成网表文件，然后传递给 SPICE去仿真。

5.Setup

仿真设置。仿真设置是否合理，直接影响到仿真结果。下面我们将对仿真参数设置加以说明。

①静态工作点分析

静态工作点是在分析放大电路中提出来的，它是放大电路正常工作的重要条件。当把放大器的输入信号短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。如果静态工作点选择不合适，则输出波形会失真，因此设置合适的静态工作点是放大电路正常工作的前提。

   ②直流扫描分析

直流扫描分析就是直流转移特性，当某输入在一定范围内步进变化时，计算电路直流输出变量的相应变化曲线。例如某个电压源从1V到20V变化，步长可由用户设定，在每一个相应的电压将计算出一套电路参数，并显示。

说明：在Source Name 域中选择一个欲对其扫描的独立电源；在 Start Value,域中设置扫描的开始值；在Stop Value 域中设置扫描结束值；在 Step Value 域中设置步长。

主独立源（primary source）是必须的，而次独立源（secondary
source）是可选的（随需要而定）。若设置了次独立源，需输入其变量名和相应的起始、终止值和步长。通常第一个扫描变量（主独立源）所覆盖的区间是内
循环，第二个（次独立源）扫描区间是外循环。　　　　　　　

③交流小信号分析

交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率 响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流电源，也即在激励源中的AC 属性域中设置一个大于零的值（在本电路中，设为1V）。

说明：

在Start Frequency 域中指定起始频率（1.00Hz）；在Stop Frequency 域中指定终止频率(150Meg)；在Test Points域中指定扫描的点数(100)；在Sweep Type框中指定扫描类型。扫描类型只能确定Linear、Octave或Decade中的一个。

Linear、Octave和Decade扫描类型特点如下：

l       Linear为线性扫描，是从起始频率开始到终止频率的线性扫描。Linear适用于带宽较窄情况。

l       Octave为倍频扫描，频率以倍频进行对数扫描。Octave用于带宽较宽的情形。

l       Decade为十倍频扫描，它进行对数扫描。Decade用于带宽特别宽的情况。

对交流分析，Protel99 SE可以方便地查看单个输出变量的一个或两个交流分析Y轴输出类型，如输出的虚部、实部，幅值（幅度或分贝数），相位（度或弧度），缺省Y轴是幅度。X轴 比例可以是线性的或对数的。同时Protel99 SE版本还提供了丰富的波形运算函数。

④温度扫描分析

温度扫描是指在一定的温度范围内进行电路参数计算，用以确定电路的温度漂移等性能指标。下面我们对simpleBJT的输出进行从-10℃到100℃温度扫描，步长为30℃观察此电路的特性。

由于显示比例太小，它们好象一重叠在一起曲线，几乎看不出它们的任何区别，因此请读者对其进行单独显示，并进行局部放大。

⑤瞬态分析和付立叶分析

瞬态响应分析是对时域中的输入信号确定时域中的输出。计算机瞬态偏置点的方法与直流偏置点不 同。直流偏置点被看作固定偏置点。对于固定偏置点，电路节点的初始值对计算偏置点和非线性元件的小信号参数时节点初始值也考虑在内，因此有初始值的电容和
电感也被看作是电路的一部分而保留下来。

瞬态分析的输出量可用离散形式表示，这些数据即用于计算付立叶级数的系数。一个周期波形可以用如下的付立叶级数表示：

，f是频率，以Hz为单位；C0直流分量；Cn为次谐波分量。利用瞬态分析结果进行付立叶分析计算直到九次谐波或十个系数。

说明：

l         在Transient Analysis 组中， Time Step
是时间步长；Stop Time 终止时间（或停止时间）；Maximun
Step 是时间步长的最大值，一般取两者相等。

l         瞬态分析总是从时间t=0开始，然而，可以从时间Start Time
开始打印结果。Start Time 是瞬态响应的初始时刻。事实上从t=0到t= Start Time 时间内也分析了电路，只是没有输出或存贮这些结果而已。

l         如果Use Initial Condition（使用初始条件）作为选择项在.TRAN命令结束时被指定，那么在瞬态分析开始前不计算瞬态分析的偏置点，而是直接使用电容上的初始电 压和电感中的初始电流值。因此，如果指定使用初始条件，必须提供电容和电感的初始状值。

l         在Fourier 组中，Fun. Frequency 指定付立叶分析的基频，缺省值为信号源的频率。Harmonics指定付立叶分析的谐波次数，也即付立叶分析的系数个数，缺省值是10，也即是9次谐波（0~9）。

l         在Default Parameter组中，其前面有个检查框，当其被选中（前面有对勾号）时，所有参数都将不能修改（不能修改的区域显示为灰色），而必须使用缺省参数值。
但用户可能通过此组中的参数Cycles Displayed 和Points
Per Cycles来指定这些缺省参数值。Cycles Displayed用于指定波形中显示的信号周期个数；Points Per Cycles用于指定每个波形周期中显示的点数。设定完成后，单击 即可。如果用户觉得没必要使用缺省参数值，则去掉Default Parameter前面有对勾号（即让它为空）即可，同时会发现所有数据输入区域均变亮了，此时表明可以随意设定相应的参数值。在本例中，我们使用缺省参
数，但只显示两个周期波形数据。

单击 按钮，就会得到瞬态分析和付立叶分析结果。

在给出波形的同时，Protel99 SE还产生了一大堆付立叶分析的相关数据，并存于.sim文件中。在此文件中，Protel99 SE为每个端口都列出了其相应的付立叶分析数据。

分析结果给出了直流分量为0伏，同时给出了基波和2到9次谐波的幅度、相位值以及归一化的幅度、相位值。同时还列出了总的失真系数THD，THD的计算公式如下：

其中， 是基波幅度，而 到 分别代表2到9次谐波的幅度。

⑥噪声分析

电阻和半导体器件等都能产生噪声，噪声电平取决于频率。电阻和半导体器件产生不同类型的噪声 （注意：在噪声分析中，电容、电感和受控源视为无噪声元器件）。对交流分析的每一个频率，电路中每一个噪声源（电阻或晶体管）的噪声电平都被计算出来。它
们以输出节点的电平通过将各均方根值相加得到。噪声分析在电路设计中较为常见，下面我们将对其详细讲解。

在Protel99 SE中，我们可以测量和分析以下噪声：

输出噪声：在某个特定输出端口上测量噪声。

输入噪声：从输入端口上测量得到的噪声。输入噪声可以通过输出噪声和电路的增益来求得。如，输出噪声为100p，电路的增益为100，那么等效的输入噪声为1p。

器件噪声：每个器件对输出噪声的贡献，输出噪声大小即为所有产生噪声的器件噪声的叠加。.

参数说明：

⑴    Noise Sources 区域：选择一个用于计算噪声的参考电源（独立电压源或独立电流源）；

⑵    Start Frequency 区域：指定起始频率；

⑶    Stop Frequency 区域：指定终止频率；

⑷    Test Points区域：指定扫描的点数；

⑸    Points/Summary区域：指定计算噪声范围。在此区域中，输入0则只计算输入和输出噪声；如输入1则同时计算各个器件噪声。后者适用于用户想单独查看某个器件的噪声并进行相应的处理（比如某个器件的噪声较大，则考虑使用低噪声的器件换之）。

⑹     OutPut Node 区域：指定输出噪声节点；

⑺    Reference Node 区域：指定输出噪声参考节点，此节点一般为地（也即为0节点）；

⑻    在Sweep
Type框中指定扫描类型，这些设置和交流分析差不多，在此只作简要说明。Linear为线性扫描，是从起始频率开始到终止频率的线性扫描，Test Points是扫描中的总点数，一个频率值由当前一个频率值加上一个常量得到。Linear适用于带宽较窄情况。Octave为倍频扫描，频率以倍频程进 行对数扫描。Test Points是倍频程内的扫描点数。下一个频率值由当前值乘以一个大于1的常数产生。Octave用于带宽较宽的情形。Decade为十倍频扫描，它进行 对数扫描。Test Points是十倍频程内的扫描点数。Decade用于带宽特别宽的情况。

⑦    传递函数分析

传递函数分析用于计算电路的直流输入、输出电阻和直流增益。

　以下是设置参数说明：

(1)          
Source Name 区域：指定参考的输入信号源。

(2)          
Reference Node区域：指定参考节点。

我们可方便地查看整个电路的直流输入、输出电阻和直流增益。

⑧ 参数扫描分析

参数扫描分析它可以与直流、交流或瞬态分析等分析类型配合使用，对电路所执行的分析进行参数 扫描，对于研究电路参数变化对电路特性的影响提供了很大的方便。在分析功能上与蒙特卡罗分析和温度分析类似，它是按扫描变量对电路的所有分析参数扫描的，
分析结果产生一个数据列表或一组曲线图。

同时用户还可以设置第二个参数扫描分析，但参数扫描分析所收集的数据不包括子电路中的器件。

以下是设置参数说明：

Parameter 域列表中选择欲对其扫描分析的参数，本例中选择了晶体管电流放大系数（BF）。

Relative Values 选择项：如果选择了此选项，则在Start Value和 Stop Value域中所输入的值是一个相对值，而不是绝对值，也即在器件参数或缺省的基础上变化。

不同的参数值所画出来的曲线不一样。曲线之间偏离的大小表明此参数对电路性能影响的程度。

⑨蒙特卡罗分析

蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法，它是在给定电路元器件参数容差为统计分布规律的情况下，用 一组组随机数求得元器件参数的随机抽样序列，对这些随机抽样的电路进行直流、交流小信号和瞬态分析，并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分布规律。下
面只简要地讲解其在PROTEL99 SE中设置步骤和方法。

以下是设置参数说明：

l        缺省容差

在PROTEL99 SE中，用户可对6种器件进行容差设置，即：电阻、电容、电感、晶体管、直流电源和数字器件的传播延迟(propagation delay for digital devices)。对这些器件的缺省容差为10%，用户可以更改。同时用户可以设置为百分比或绝对值。如一电阻器标称值为1K，那么当用户在电阻容差中输
入15或15%均可，但表示的意义不一样，前者此电阻将在985和1015欧之间变化；而后者此电阻可在850欧和1150欧之间变化。

l        缺省容差分布

在蒙特卡罗分析中，有三种分布供选择：均匀分布（Uniform）、高斯分布（Gaussian）和最坏情况分布（Worst Case）。

l        Simulation

在此用户可以设定随机数发生器的的种子数（通常设为-1）和设置运行次数。

l        Specific
Device Tolerance

可以为特定的器件单独设置容差。如想为特定的器件单独设置容差，则请进入下面的步骤：

单击 按钮，打开设置窗口。

以下是此窗口参数说明：

l        Designator：在此下拉选框中选择所要特定设置容差的器件。

l        Parameter：在必要时输入参数。电阻、电容、电感等不需要输入参数，但晶体管则需要输入参数。在本例中选择晶体管Q1，且参数为BF。

l        Device：器件容差。

l        Lot：批量容差。

l        Distribution：容差分布。

l        Tracking#：跟踪数（tracking number ）用户可以为多个器件设定特定容差。此区域用来标明在设定多个器件特定容差的情况下，它们之间的变化情况。如果两个器件的特定容差的Tracking#一 样，且分布一样，则在仿真时将产生同样的随机数并用于计算电路特性。

二、  仿真库

Protel99 SE的仿真库在Design Explorer 99SE\Library\Sch\Sim.ddb中,前面我们说过要想对原理图仿真，必须用仿真库中的器件，因为仿真库中的器件定义了仿真模型所在的路
径和仿真的参数信息。Sim.ddb是仿真的符号库，Simulation
Models.ddb是仿真的模型库，在Design Explorer 99SE\Library\Sim目录中。Protel99 SE的仿真兼容SPICE模型,因此,只要有SPICE模型,我们就可以对其仿真。

1．Sim.ddb

双击器件,我们看它的只读域:

¨     Field 1

Field 1包含的信息是类型和该器件在SPICE网表文件中的前缀字母，其语法为：

type=<DeviceType>

(<SPICE Prefix>)

Device Type是器件类型；SPICE Prefix代表该器件在SPICE网表文件中的前缀字母。例如： type=SUBCKT(X) 表示该器件所用的库是一个子电路，在SPICE网表文件其前缀字母为X。

¨     Field 2

在Field 2 中指明某些器件所用的模型名称（因为在一个库中可能会有多个模型），其语法如下：model=<model_name>。 model_name 是模型名称，但如果在这里出现类似：model=<parttype>，它代表的意义为：其模型名由Part
Type域中的字符串决定。

所有的模型定义都存放在以.mdl 或.ckt为扩展名的文件中，同时这些文件要要放在…\Library\Sim目录下。但对于标准器件，如电阻、电容、电感和电源等，这些模型已经内嵌在SPICE中，因而没有相应的模型名称，也就无需填写Field 2。

例如：model=CAPSEMI   意义：表示其模型名称为半导体电容。

model=<parttype>  意义：表示其模型名称由<parttype>中的字符串指定。

¨     Field 3

Field 3指定了模型文件所在的路径。语法为：

file={model_path}\<subpath>\<model_name>.<ext>

model_path

此参数在安装Protel99 SE时已经内定了，即为…\Library\Sim
文件夹（前面的…表示Protel99 SE安装时所选的驱动器和目录名。

subpath

此参数代表subpath是{model_path}目录下的一个子目录，该子目录将包含模型文件。

model_name

此参数代表模型名称，它和Field 2中model_name是一致的。

ext

此参数代表模型文件的扩展名，只能为.mdl （SPICE 模型)或.ckt (SPICE 子电路)。对于数字器件，将用一个模型文件去调用一个微代码文件（SimCode file）。

¨     Field 4

在Field 4中包含器件的引脚排列信息。语法为：

       
pins=<part_no>:[<pin1>,<pin2>,<pin3>,...]...

part_no

此参数代表器件编号，因为有时在一个封装中有多个同样的器件（如与非门集成块中有多个与非门）。

<pin1>,<pin2>,<pin3>,...

此参数代表该器件的引脚号。

例如：pins=1:[1,2,3]  意义：它表示该封装形式只有1个器件，其引脚有3个。双极型晶体管即为这样的管子。

pins=1:[3,2,4,11,1]2:[5,6,4,11,7]3:[10,9,4,11,8]4:[12,13，4，11，14]

意义：它表示该封装形式只有4个器件，每个器件引脚有5个。4-741运算放大器就是这样的封装形式。

¨     Field 5

Field 5包含了PROTEL99
SE自动生成网表文件时的信息。其语法为：

netlist=<SPICE Data>|<SPICE Data line 2>|...

用“|”线分开表示多行SPICE网表信息。

在这里将用到一些特殊的符号和参数。百分号(%)表示引用别的区域（Field）的信息。百分号(%)后面还跟有字母或数字，它们都代表不同的意义，请看下面具体说明。

%D

即在生成网表文件时，如果用户指它的器件名称不符合SPICE的前缀要求，那么这时PROTEL99将自动插入由Designator域指定内容。如Q表示晶体管，R表示电阻等。

%1, %2, %3, .. %n

列出了将被插入到网表文件中的引脚，这些引脚已经在Field 4中列出。

%F1, %F2... to %F16

在生成网表文件时，插入 Part Field 1到16 中的内容。

%M

在生成网表文件时，插入由Field 2指定的模型名称。

%R

在生成网表文件时，插入由Lib Ref域指定的库信息。

%V

在生成网表文件时，插入由Part Type 域指定的器件信息。

例如，一个4-741运算放大器（MC4741)，它的名称为U1C (指第3个运算放大器)，它的Field 4 和Field 5内容如下：

pins=1:[3,2,4,11,1]2:[5,6,4,11,7]3:[10,9,4,11,8]4:[12,13,4,11,14]

netlist=%D %1 %2 %3 %4 %5 %M

那么在生成网表文件时，它将被解释为：

1)      %D 表示要插入SPICE前缀，假如为XU1C。

2)      %1, %2, …，查找第1，2，3，…对应的引脚 ，但由于这是U1C表示U1片子中的第3个运算放大器，因此它的引脚由Field 4内容可知为：10，9，4，11，8，所以在网表文件中将出现NetOnPin10,
NetOnPin9，等。

3)      %M  表示插入由由Field 2指定的模型名称，在此为MC4741。

最后生成的网表文件结果如下：

XU1C 
NetOnPin10  NetOnPin9  NetOnPin4  NetOnPin11 
NetOnPin8  MC4741

上面详细讲解了Field1到Field5所包含的信息以及它的意义，Field6到Field8一般不常用，是为了以后扩展使用的。

2．Simulation
Models.ddb

打开Simulation Models.ddb，我们可以看到Protel99
SE包含许多数字器件、模拟器件的仿真模型。有兴趣的设计者可以自己建立模型。

三、  仿真电路分析

下面我们以\\Design Explorer 99 SE \Examples\Circuit
Simulation\Commom-Emmiter Amplifier.ddb为例，来加以说明。

1．静态工作点分析

静态工作点分析是其它各种仿真分析的基础，一般而言，在进行各种分析之前，应首先分析其静态 工作点。此时，所有电感视为短路，所有电容视为开路，对于二极管或三极管的电路元件参数与其直流工作点有关，直流工作点也叫静态工作点或偏置点。我们要看
它的静态工作点，只要运行仿真分析，点击仿真界面下面的Operating Point选项，就可谈出不同节点的静态工作点电压，在仿真界面的左侧“Waveforms”中，选择要看的节点，点击“Show”，仿真界面就会显示出
选中点的静态工作点电压。

2．瞬态分析和付立叶分析

 在瞬态分析中，被分析的变量是时间的函数，所得到的是电路时域分析响应。瞬态分析的仿真参数设置十分关键，如果设置不合理，将影响仿真分析，得不到仿真结果。

 付立叶分析是利用瞬态分析的输出结果用离散形式表示出来。付立叶级数的系数可用前面提到的仿真设置中的公式计算得到。因此，付立叶分析要结合瞬态分析同时仿真，利用Protel99 SE就可轻松得到付立叶级数结果。

注意：在做付立叶分析时，主菜单设置界面中的“Collect Date For”选项中通常选择“Node Voltage and Supply Current”。

3．

直流扫描分析

直流扫描分析是使输入源电压从设定的初始值到终止值阶梯状改变，从而观察所关心节点的直流传输特性曲线，也就是电路的直流转移特性。

如果分析一个三极管限幅器的限幅特性，利用直流扫描分析即可获得。

在此电路中，我们设置V2为主独立源，在直流扫描对话框中输入起始电压，终止电压和步长，运行分析可以看到E、B、C三点的传输电?压。

4．交流小信号分析

交流小信号分析是在一定的工作频率范围内分析电路的频率响应，被分析的变量是频率的函数。在 交流分析中，电路中必须有一个交流电源。在交流小信号设置菜单中设置起始频率终止频率（参考前面的仿真设置章节），运行分析就可得到频率响应曲线。在选中
的波形上点击鼠标右键可以观看输出的虚部、实部，幅值（幅度或分贝数），相位（度或弧度）和群时延。同时，我们还可以利用Protel99
SE丰富的波形运算函数建立新的波形。可以利用左侧测量标尺A、B测量波形。X轴可以是线性的也可以是对数的，Y轴是幅度。在此电路中我们可以测量出交流 小信号的主频大约在10MHZ。

5．噪声分析

任何电路都会产生内部噪声，电路中每个产生噪声的元件都视为一个噪声源。在噪声分析中，电 容、电感和受控源视为无噪声元件。输出节点的总噪声用每个噪声源的噪声电压的均方根值相加得到。利用噪声分析可以计算出噪声增益及输入等效噪声电平。特别
是对于设计微弱模拟信号放大器，噪声分析是很有意义的。 

6．

6．蒙托卡洛分析

蒙托卡洛来自欧洲著名赌城Monte Carlo，后来就以通过随机模拟和统计实验来求解数学、物理和工程技术问题近似解的方法称作蒙托卡洛方法。

在电路中，电阻、电容、电感等器件都存在误差，碳膜电阻的相对误差通常为10%，半导体器件的模型参数误差达20%-25%。

在容差分析中，做法之一就是先规定元件、电源或温度的容差，计算电路的特性容差，以验证是否符合设计要求。容差统计分析的方法之一就是蒙托卡洛分析。

在Protel99 SE中可以用三种形式观看蒙托卡洛分析结果：均匀分布（Unifor）、高斯分布（Gaussian）、最坏情况分布（Worst Case）。参数设置请参照前面的仿真设置章节。

7．温度扫描

温度扫描分析用来确定温度漂移性能指标。我们只要简单的设置温度范围，运行分析就可得到仿真结果。如果波形重叠在一起不容易观测，可以调整X、Y轴比例，或用鼠标左键拉伸窗口放大显示。

8．参数扫描

参数扫描分析是在用户指定的参数变化范围内，分析对电路特性发生的影响。扫描的参数对于电阻是它的阻值变化范围，对于三级管可以是放大倍数（BF）。参数分析通常与直流、交流或瞬态分析结合使用。

9．传递函数

传递函数用于观测整个电路的直流输入、输出电阻和直流增益。

第四章         PLD设计

     PLD(Programmable logic device-可编程逻辑器件)是根据用户的实际要求，由用户和IC制造商对其进行编程，制成符合各用户要求的专用电路，使单片的PLD器件集积了多片标准TTL或CMOS器件的逻辑功能。

在数字系统设计中，PLD的应用越来越广泛。PLD芯片上的电路和金属连线都是事先由半导体器件生产厂家做好的，其逻辑功能在出厂时没有确定，可以通过PLD开发工具来实现，并且一般都可以重复编程和擦除。PLD通常都是二级结构，第一级为“与”，第二级为“或”。

在实际设计中，PLD的应用千差万别，一般要经过几个步骤：设计构思，选择器件，进行软件编程，进行硬件编程，对硬件进行测试。

Protel99 SE支持两种PLD设计方式，一种为CUPL语言设计方式，另一种为原理图设计方式。

一、  PLD菜单项

1．      
Compile

对PLD设计进行编译。经过编译可以产生一系列附属文件，如：*.pld(逻辑描述文件)，*.jed（熔丝图文件）以及相应的注释文件等。

2．      
Simulate

对PLD设计进行仿真。PLD的仿真实际是模拟采用输入文件编程后的器件运行情况，并不是对布尔方程进行运算或给真值表及状态图提供输入向量。

要对PLD仿真，需建立仿真输入源文件（文件扩展名为.SI），并保存在与*.PLD文件相同的目录下，然后，使*.PLD成为当前文件，即可进行仿真。仿真结果被保存在*.SO的文件中。

3．      
Configure

PLD配置菜单。用来设置PLD设计文件的输出，配置目标器件类型。Protel99 SE支持多种器件类型，我们可以根据需要选择适合的目标器件。

Rev为版本号， Pin为节点数，Fuse为熔丝点数，Term为乘积项数，
Valid Pin栏目列出了芯片的使能输出端，寄存器输出端等特性。

4．        
Toggle Pin LOC

  切换显示的管脚。

二、  CUPL语言设计

CUPL语言是一种硬件描述语言，它的逻辑说明注释可放在程序中的任何地方。符号‘/*’表示逻辑说明注释的起始，符号‘*/’是注释说明的结束。它的设计流程如右图所示。

Protel99 SE专门为用户提供了CUPL导航。它产生PLD的器件描述文件，在文本文件中自动用不同颜色显示注释、符号、数字、字符串和保留字。

1.头文件说明如下：

 Name：产品名称

 Part Number：序号

 Device：器件型号

 Designer：设计者

 Company：公司名称

 Assembly：功能描述

 Location：地址

 Format：文档格式

用导航产生的CUPL语言描述文件，对其进行配置、编译，如果PLD程序中信号与实际器件管脚对应无误，编译器就会自动产生熔丝图文件。

CUPL语言文本文件是由信息头、管脚信号声明和逻辑函数体及逻辑关系描述等几个部分组成。为了帮助理解，程序自动插入注释，编辑器会自动区分语法保留字、注释、变量和各种符号。关于CUPL语言的详细介绍，用户还可参照在线帮助。

2.引脚定义

输入输出逻辑信号要落实到目标器件的具体引脚，语句格式为：

Pin [引脚号[，引脚号]…]=[信号名[信号名]…]; 

CUPL编译器只是把信号名当作互有区别的代号，允许在低有效的信号名前加上“！”，当然这决定于以后的逻辑表达式。

 等式左边填引脚序号，右边填自定义的信号名称，信号亦可成组声明，如：Pin [1..4] = [X1..4]; 或Pin [1..3，4] = [X1..4];为了使逻辑关系简单明了，提高编译速度和利用某些器件的内部掩埋功能，CUPL还允许声明内部节点NODE、引脚节点PIN NODE。位段BIT FIELD。

 3.逻辑关系描述

逻辑关系描述是程序最核心的部分，CUPL允许用布尔方程（逻辑表达式）、真值表和状态机描述逻辑功能，布尔方程是信号名与运算符组成的等式。例如：Out1 = Dinput & Sel; 运算符包括逻辑运算和数字运算符，逻辑运算符如下所示：

数字运算符集如下所示：

和：

变量；第三种形式用于三态逻辑关系，右边的逻辑结果为“真”，左边的输出变量才接受另式定义的电平。

 函数的定义对描述复杂的逻辑关系具有重要的应用价值，从结构上看，函数体包含名称定义字段、参数表和作为实体的逻辑表达式组。如下所示：

      FUNCTION name
([parameter0,....,parametern])

           
{             
body              
}

请看下面的实例，函数adder_slice是1比特全加器：

function adder_slice(X, Y, Cin, Cout) {

       
Cout    = Cin &
X              
/* Compute carry */

               
# Cin & Y

               
# X & Y;

        adder_slice =
Cin $ (X $ Y);    /* Compute sum */

}

参数表中X、Y分别是两个加数，Cin 是输入进位位，Cout是输出进位位，adder_slice是和。

同其它高级语言一样，函数直接引用，示例：

Z2 = adder_slice(X2, Y2, C1, C2);

4.CUPL语言中的工具条

在CUPL语言编辑器界面中，使用View\Toolbars可以切换主工具条、CUPL编辑工具条、PLD工具条、宏调试工具条。

PLD工具条:

是对设计好的CUPL文本文件进行编译、仿真、配置的快捷方式。从左至右，依次为编译、仿真、配置、管脚切换。

CUPL工具条：

能够帮助你快速的编写CUPL代码。这些工具依次是：CUPL代码导向器、CUPL语法帮助、引脚语句、引脚节点语句、节点语句、头信息、变量定义语句、消除变量语句、条件转折语句、状态机代码导向器。

宏调试工具条：

依次是：对当前打开的宏复位、在最后一个断点运行宏、暂停执行宏、按步骤调用子程序、执行宏停止在下一行源码上、单步执行宏、运行基本对话框编辑器、用窗口显示断点、显示观测窗口、添加观测变量、删除观测变量、删除所有的观测变量、切换当前行断点、删除所有的断点。

三、  原理图设计PLD

Protel99 SE支持用原理图方式进行PLD设计。Protel99 SE有一个专用的PLD库，在目录\\Design Explorer 99
SE\Library\SCH\PLD.ddb中。我们如果用原理图方式设计，所用的逻辑符号必须来自PLD.ddb。用户可以参照\\Examples \PLD目录中的例子设计。设计好原理图，就可以对其编译仿真，产生熔丝图文件。

当我们画好原理图后，就需要对其配置,运行PLD》Configure菜单项。

1．配置

l        Options栏目

A．目标器件设置：

可在下拉列表中选择具体目标器件或虚拟器件。

B．Optimizations  
逻辑优化方式

德摩根方式优化生成项；德摩根方式优化所有信号和变量；保持异或门；分享生成项；

C．Logic
Minimization  逻辑化简方式

提供四种方式，如下所示：

化减效能比较，如右图：

D．Options 选项

器件加密；剔除空闲的或项；有利于某些FPGA器件的“热位状态机”；在IFL器件中，抑制合并生成项。

E．Schematic 选项

用于控制PLD编译器识别单元图纸或方案图纸之间的连接关系。

2．Output Formats（输出文档格式）

Download (下载文档格式)

可以选择通用的JEDEC/POF/PRG文件；适宜IFL类器件的.HL文件；适宜PROM器件的16进制码文件。

Documentation File Options（文档选项）

输出文档包含熔丝分布信息和逻辑表达式；

Output（输出文档格式）

可输出的适配器文件格式有：PDS、XNF、MX、PDF、PLA、EDIF和错误报告文件 LST。

Simulation（仿真）

选择此项将运行逻辑仿真验证表达式，生成.ABS文件。

Schematic（原理图）

如果用原理图设计PLD，选择此项用于观看PLD源文档。

2.    编译

当目标器件管脚与实际器件管脚对应正确后，编译才会成功，产生注释文件、仿真文件、熔丝图文件等。因此，配置适合的PLD器件是设计的关键。

3．仿真

PLD的仿真需要建立仿真输入源文件*.SI文件。*.SI文件是专门用于仿真的第二源代码。这种文本文件结构简单，非常类似于*.PLD，由三部分组成：信息头、向量序列和向量描述段。

信息头必须与*.PLD完全一致。向量序列的ORDER与描述VECTORS是两个最基本的 语句，ORDER语句的作用是定义其后罗列的输入、输出矢量以及中间变量在真值表中的排列顺序、极性和彼此间隔的空格数。间隔数用“%”后跟数字， VECTORS语句的作用是定义仿真输入值和响应值。在VECTORS语句和真值表数据之间可以用注释语句来给出测试向量的表头信息，使程序具有良好的可 读性，便于将真值表中的数据与相应的变量/信号名对照，在真值表中列出的数据必须遵守ORDER语句中关于格式的规定。

 真值表中，CUPL语言接受如下缺省定义：

“H”  逻辑1（正逻辑）

“L”  逻辑0

“X”  任意值

“Z”  高阻输出

“C”  时钟上升沿到来

“K”  时钟下降沿到来

“N”  不测试

*.PLD的逻辑表达式只有完全符合这些输入输出关系，仿真才能执行，仿真对话框出现完成提示。

仿真波形图保存在*.SO文件中。信号波形提供了输入输出逻辑信号（引脚）对应关系的直观表 达。仿真左边的面板可以方便地加入信号，事务工具条用来编辑现有的信号波形。利用主菜单的EDIT项可以完成对选定信号的复制、剪切、粘贴等常规操作，还 能测量时许间长度。利用主工具条的观测按钮可以对信号波形横轴缩放。

也可使用鼠标操作波形窗口的滚动条以观测信号的各段。主菜单的OPTIONS项用来设置显示信号的数据格式、字体和线形的样式和颜色。