Cadence Allegro 16.5 完整入门教程

第一部分：准备工作与环境熟悉

在学习任何复杂的EDA软件之前,准备工作至关重要。

安装与授权

• 软件获取：Cadence Allegro是商业软件，通常需要通过学校、公司或购买获得，请确保你有合法的安装包和许可文件。
• 安装：按照官方安装指南进行安装，这个过程可能比较复杂，请确保你的系统满足要求，并仔细阅读每一步的提示。
• 配置环境变量：安装完成后，需要配置环境变量，如 CDSDIR (指向Cadence安装目录) 等，这一步通常在系统属性中设置。

创建工作目录

这是良好设计习惯的第一步,在一个项目文件夹中，建立清晰的子目录结构，用于存放不同类型的文件。

MyProject/
├── 01_Schematic/      (存放原理图相关文件)
├── 02_Library/        (存放原理图符号库和封装库)
├── 03_PCB/            (存放PCB设计相关文件)
└── 04_Output/         (存放Gerber、BOM等输出文件)

熟悉核心界面

启动Cadence后,你将接触到几个核心工具，它们协同工作，构成一个完整的设计流程。

• OrCAD Capture CIS：原理图设计工具，在这里绘制电路图，创建网络表。
• Allegro Design Entry HDL (DE-HDL)：一个更高级的原理图工具，功能更强大，但OrCAD Capture仍然是主流入门工具。
• Allegro PCB Designer：PCB布局布线工具，这是我们教程的重点，用于元器件布局、布线、DRC/DFM检查等。
• Allegro Package Designer：封装库设计工具，用于创建和编辑元器件的3D模型和焊盘。
• Allegro PCB Editor：PCB Designer的底层编辑器，包含了所有核心功能。

第二部分：原理图设计

PCB设计始于原理图,原理图是电路的逻辑表示，也是生成网络表的依据。

步骤1：创建新项目

在OrCAD Capture中，新建一个项目，并选择 Analog or Mixed A/D 类型。

步骤2：添加元器件库

1. 打开 Place -> Part。
2. 在 Part Search 标签页中，你可以搜索并添加已有的库文件（.olb）。
3. 最佳实践：将项目中用到的所有元器件符号库都复制到你的 02_Library/Schematic 目录下，并在此处添加。

步骤3：绘制原理图

1. 放置元器件：使用 Place -> Part 或直接在右侧的Part窗口中拖拽元器件到原理图页面上。
2. 连接导线：
   • 使用 Place -> Wire 进行连线。
   • 技巧：使用 Place -> Net Alias 为网络命名（如 VCC, GND），这会让你的原理图更清晰。
   • 使用 Place -> Power 或 Ground 放置电源和地符号。
3. 添加属性：双击元器件，在 Property Editor 中为元器件添加关键属性，尤其是 PART_NUMBER 和 VALUE。

步骤4：电气规则检查

在生成网络表之前,必须运行ERC，检查原理图中的电气错误。

• 执行 Tools -> Design Rules Check (DRC)。
• 查看并修复所有报告的错误（如悬空引脚、输出引脚相连等）。

步骤5：生成网络表

网络表是原理图和PCB之间的桥梁,它描述了所有元器件以及它们之间的连接关系。

• 执行 Tools -> Create Netlist。
• 在弹出的对话框中,选择 PCB Editor 作为格式，并指定一个输出路径（../03_PCB/project_name.net）。
• 点击 确定，生成网络表文件。

第三部分：PCB库准备

在开始PCB设计前,必须准备好所有元器件的封装。

步骤1：创建封装库

1. 打开 Allegro PCB Editor。
2. 执行 File -> New -> Library，创建一个新的 .brd 库文件。
3. 将这个库文件保存到你的 02_Library/PCB 目录下。

步骤2：创建封装

1. 打开你刚刚创建的PCB库文件。
2. 执行 File -> New -> Symbol，开始创建一个新的封装。
3. 设置单位：执行 Setup -> Design Parameters，确保单位和栅格设置正确（通常为毫米，100 mil栅格）。
4. 放置焊盘：
   • 使用 Shape -> Pad Stack -> New 创建焊盘。
   • 对于贴片元器件,定义 Round 或 Rectangular 的 SMD 焊盘。
   • 对于插件元器件,定义 Round 或 Oblong 的 Through 焊盘。
   • 注意：焊盘的尺寸必须严格参考元器件的数据手册。
5. 放置丝印层：
   • 切换到 Silkscreen Top 或 Silkscreen Bottom 层。
   • 使用 Shape -> Line 或 Circle 绘制元器件的轮廓、第一引脚标识（通常是一个圆点或数字“1”）。
6. 创建封装符号：
   • 在封装编辑器中,执行 File -> Save As，并选择 Symbol 类型。
   • 为这个封装符号命名（如 SOT23-5），并保存到你的PCB库文件中。

步骤3：创建元器件封装映射

你需要将原理图中的元器件符号（如 C_Small）与PCB中的封装（如 0603_Cap）关联起来。

• 方法A：在Capture中创建：
  1. 在OrCAD Capture中，执行 Tools -> Spice Model。
  2. 在 Package 标签页中，为每个元器件选择对应的PCB封装。
• 方法B：在PCB Editor中创建：
  1. 打开 Allegro PCB Editor。
  2. 执行 File -> New -> Device。
  3. 在 Device Symbol 中选择原理图符号，在 Package Symbol 中选择PCB封装。
  4. 将这个 Device 保存到你的PCB库文件中。
• 推荐：使用 Allegro PCB Librarian 工具来统一管理封装和Device，这是更专业的方式。

第四部分：PCB布局布线

这是将设计变为现实的核心步骤。

步骤1：新建PCB文件

1. 在 Allegro PCB Editor 中，执行 File -> New。
2. 选择 Drawing Type 为 Board。
3. 设置板子的尺寸、层数（如 Top, Bottom, GND, VCC）、线宽、间距等。
4. 保存文件,MyProject.brd。

步骤2：导入网络表与布局

1. 导入网络表：
   • 执行 File -> Import -> Logic...。
   • 选择之前在原理图中生成的 .net 文件。
   • Allegro会自动加载所有元器件到PCB界面上,通常以“飞线”的形式显示连接关系。
2. 元器件布局：
   • 原则：先放置核心和接口元器件（如MCU、连接器），再放置周围元器件。
   • 技巧：
     • 使用 Move 命令拖动元器件。
     • 使用 Quickplace -> Auto 进行自动布局（通常效果不佳，仅作参考）。
     • 按功能模块进行布局,使布线更短、更整齐。
     • 考虑散热、结构、信号完整性等因素。

步骤3：叠层与约束管理

1. 定义叠层：
   • 执行 Setup -> Cross-section，定义PCB的每一层材质、厚度、铜厚等，这是阻抗计算和信号完整性的基础。
2. 设置设计规则：
   • 执行 Setup -> Constraints -> Spacing，设置不同网络间的安全间距。
   • 执行 Setup -> Constraints -> Line Width，设置不同网络的线宽（如电源线要粗，信号线按需求设置）。
   • 重要：使用 Setup -> Constraints -> Constraint Manager 可以更精细地管理所有规则。

步骤4：布线

1. 设置布线层：在右侧的 Options 面板中，选择要布线的层（如 TOP）。
2. 开始布线：
   • 选择 Route 命令。
   • 点击一个焊盘开始布线,移动鼠标，点击另一个焊盘完成布线。
   • Allegro会自动处理45度角、90度角（可设置为圆弧）等。
3. 布线技巧：
   • 动态线：布线时按 Shift 键，可以动态调整线宽。
   • 差分对：对于USB, HDMI等差分信号，使用 Route -> Differential Pair 命令，可以保证两根线等长、等距。
   • 扇出：对于BGA等密集封装，使用 Route -> Fanout 命令可以自动从焊盘引出出线孔。
   • 长度匹配：对时序敏感的信号（如时钟线），使用 Etch -> Length Tune 工具进行蛇形线等长处理。

步骤5：铺铜

1. 创建Shape：
   • 执行 Shape -> Rectangular 或 Shape -> Polygon。
   • 在板框内画一个大的铜箔区域。
2. 分配网络：
   • 双击创建的铜箔,在 Properties 中将其 Net 属性设置为 GND 或 VCC。
   • 点击 Shape -> Global Dynamic Shape Parameters，设置铜箔的网格间距和线宽。
3. 负片：对于电源和地层，通常使用负片，这可以在 Setup -> Areas -> Shapes 中设置。

步骤6：丝印与标注

1. 切换到 Silkscreen Top 或 Silkscreen Bottom 层。
2. 使用 Add -> Text 或 Add -> Ref Des 添加元器件位号和值。
3. 调整：确保丝印不与焊盘、过孔、铜箔等重叠。

第五部分：设计验证与输出

步骤1：设计规则检查

这是确保PCB制造可行性的最后一步。

1. 执行 Manufacturing -> DRC。
2. 在 DRC 对话框中，可以设置要检查的规则类型（间距、线宽、过孔、丝印等）。
3. 运行DRC后,查看 Report 窗口中的错误列表，并根据 Messages 窗口的提示逐个修复。

步骤2：生成输出文件

1. Gerber文件：这是给PCB制造商的文件。
   • 执行 File -> Export -> Gerbers...。
   • 在 Layers 标签页中，选择所有需要的层（铜层、丝印层、阻焊层、钻孔层等）。
   • 设置 Format 为 274X。
   • 点击 Export。
2. 钻孔文件：
   • 执行 File -> Export -> Drill...。
   • 选择 NC Drill 格式，生成 .drl 文件。
3. 物料清单：
   • 从OrCAD Capture中生成BOM表：执行 Tools -> Bill of Materials。
   • 可以导出为 .csv 或 .xlsx 文件，用于采购和生产。

学习资源与建议

• 官方文档：Cadence官方提供了详细的文档，是最好的参考资料。
• 视频教程：在YouTube、Bilibili等平台搜索“Cadence Allegro 教程”，有大量中文和英文视频，跟着操作是学习最快的方式。
• 书籍：《Cadence Allegro 16.6 完全学习手册》等书籍内容系统，适合深度学习。
• 实践出真知：不要只看不练，找一个简单的电路（如LED点阵、单片机最小系统），完整地走一遍从原理图到Gerber的流程。
• 社区论坛：加入相关的技术论坛（如EDA365、CSDN），遇到问题可以搜索或提问。

这份教程为你勾勒出了一个清晰的路线图,Allegro功能非常强大，以上只是入门级别，随着你经验的积累，可以继续学习高速PCB设计、信号完整性、电源完整性等高级内容，祝你学习顺利！