PADS Layout 全方位教程

第一部分：入门基础与核心概念

在开始画板之前，我们必须先理解 PADS 的一些核心概念,这会让你后续的学习事半功倍。

什么是 PADS？ PADS (PowerPCB, now PADS Standard/Professional/X) 是由 Mentor Graphics（现为 Siemens EDA）公司开发的一款功能强大且应用广泛的 PCB 设计软件，它以其稳定、高效和易用性而闻名，尤其在消费电子、工业控制等领域有大量用户。

PADS 的三大核心模块 PADS 通常由三个主要模块协同工作：

• PADS Logic (原理图设计): 用于绘制电路原理图,定义元件的电气连接关系。
• PADS Layout (PCB布局布线): 本教程的核心，用于将原理图“网表”导入，进行元件布局、布线和设计规则检查。
• PADS Router (自动布线器): 用于辅助或自动完成复杂的布线工作。

PADS Layout 的核心界面与工作流程

启动 PADS Layout 后,你会看到以下主要区域：

• 菜单栏: 所有命令的入口。
• 工具栏: 将常用命令以图标形式展示,方便快速调用。
• 设计工作区: 你进行设计的主画布。
• 状态栏: 显示鼠标坐标、当前层、设计规则状态等信息。
• 无模态命令输入栏: 在左下角，可以直接输入命令快速执行操作（G GND 跳转到 GND 网络）。

标准工作流程： 创建/打开设计文件 -> 设置设计规则 -> 导入网表 -> 元件布局 -> 交互式布线 -> 设计规则检查 -> 铺铜 -> 输出制造文件

第二部分：从零开始创建你的第一个 PCB

步骤 1：创建一个新的设计文件

1. 打开 PADS Layout。
2. 点击 File -> New。
3. 在弹出的对话框中，你需要进行一些基本设置：
   • 设计单位: 通常选择 Metric (毫米) 或 Imperial (英寸),国内普遍使用毫米。
   • 栅格: 这是设计中非常重要的概念，用于对齐元件和走线，设置一个合适的栅格（如 50mil 或 27mm）。
   • 板层: 对于简单的双层板，设置 2 层即可。
   • 板框尺寸: 可以先设置一个默认尺寸,后续再精确修改。
   • 设置设计模板: 可以选择一个包含常用设计规则和叠层设置的模板，如果不确定，先使用 Default。

步骤 2：设置设计规则

这是确保你的 PCB 能够被成功制造出来的关键一步,在布线前务必设置好！

1. 点击 Tools -> Options。
2. 在弹出的 Options 对话框中，有几个重要的标签页：
   • Design Rules (设计规则):
     • Routing (布线规则): 这里是核心，设置线宽、间距、过孔尺寸等。
       • Default (默认规则): 如果没有特殊网络，所有走线都遵循此规则，设置 Trace Width (线宽，如 10mil) 和 Clearance (间距，如 8mil)。
       • Net (网络规则): 可以为特定网络（如电源 VCC, GND）设置更宽的线宽，为 GND 网络设置 30mil 线宽。
       • Component (元件规则): 设置元件焊盘与走线、焊盘与焊盘之间的间距。
       • Via (过孔规则): 设置过孔尺寸和钻孔孔径。
   • Stackup (叠层设置): 定义你的 PCB 是几层板，每层的材质和铜厚，对于双层板，主要关注 Top 和 Bottom 层。
   • Grids (栅格设置): 可以设置不同视图下的栅格大小，例如布线时使用 5mil 的细栅格，布局时使用 50mil 的粗栅格。

步骤 3：导入网表

网表是原理图和 PCB 之间的桥梁,它定义了所有元件和它们之间的电气连接。

1. 在原理图设计软件（如 PADS Logic 或第三方工具如 Altium Designer, KiCad）中，生成网表文件（通常是 .NET 或 .ASC 格式）。
2. 在 PADS Layout 中，点击 Tools -> Netlist -> Import。
3. 选择你刚刚生成的网表文件。
4. 导入成功后，所有元件会以“飞线”（代表网络连接关系的黄色虚线）的形式出现在设计工作区,此时元件是堆叠在一起的。

步骤 4：元件布局

布局的目标是：满足电气性能、便于生产和调试、结构合理。

1. 移动元件： 用鼠标左键按住元件，拖动到合适位置。强烈建议使用 Grab 命令：在无模态命令栏输入 GRAB，然后点击元件，移动时会吸附到栅格上,非常精准。
2. 旋转元件： 选中元件，按 Ctrl + R 旋转,也可以在右键菜单中选择。
3. 布局技巧：
   • 按功能模块布局： 将同一功能块的元件（如电源部分、MCU、接口部分）放在一起。
   • 接口先行： 先放置板子边缘的连接器、USB、按键等,它们的位置通常是固定的。
   • 关注飞线： 尽量减少飞线的交叉和缠绕,这通常意味着布局比较合理。
   • 考虑发热元件： 将发热量大的元件（如 LDO、功率电阻）放在利于散热的位置。

步骤 5：交互式布线

这是将飞线变成实际铜箔的过程。

1. 选择层： 在右下角的层标签页选择你要布线的层（Top 或 Bottom）。
2. 开始布线：
   • 将鼠标移动到一个元件的焊盘上,你会看到该焊盘高亮。
   • 点击鼠标左键,开始走线。
   • 移动鼠标,走线会跟随你的光标。
   • 换层： 按键盘上的数字 1（或你设置的换层快捷键），可以快速切换到内层（对于多层板）或底层，按 3 切换回顶层,切换时会自动生成过孔。
   • 走弧线/任意角度： 默认是 45° 走线，按住 Shift 键可以切换到 90° 直角走线，按住 Ctrl 键可以切换到任意角度走线。
   • 修改线宽： 布线过程中，按 W 键可以快速弹出线宽设置对话框。
   • 删除走线： 选中一段走线，按 Delete 键。
   • 快捷键：
     • S: 快速查找（元件、网络、焊盘等）
     • G: 跳转到指定网络
     • M: 移动对象
     • R: 旋转对象
     • E: 删除对象
     • Ctrl+B: 查看飞线
     • Ctrl+D: 刷新视图

步骤 6：设计规则检查

布线完成后，必须进行 DRC,检查设计是否违反了你之前设定的规则。

1. 点击 Tools -> Design Rule Check。
2. 在 DRC 对话框中,确保所有规则都被勾选。
3. 点击 Run DRC。
4. 如果有错误，系统会生成一个 DRC Report 文件，并在设计工作区高亮显示错误位置，常见的错误有：间距过小、线宽过细、网络未连接等,必须修复所有错误才能进行下一步。

第三部分：进阶技巧与常用操作

铺铜

铺铜的主要作用是提供接地和电源,以及提高抗干扰能力。

1. 创建铜皮区域：
   • 点击 Polygon 工具。
   • 在设计工作区画出一个封闭的区域（通常围绕整个板框）。
   • 在弹出的对话框中：
     • Net: 选择你要连接到的网络，通常是 GND。
     • Layer: 选择要铺铜的层。
     • 设置: 可以设置铜皮的连接方式（Relief Connect - 花焊盘连接，散热好；Direct Connect - 直接连接，散热最好但焊接困难）和间距。
2. 灌铜：
   • 画好铜皮区域后，点击 Tools -> Copper -> Pour All。
   • 程序会自动计算并填充铜皮，你可以看到铜皮避开了所有走线和焊盘,并按照设定的规则连接到网络。

丝印层

丝印层用于放置元件的位号、标号、Logo 和说明文字。

1. 切换到丝印层： 在层标签页切换到 Silkscreen Top 或 Silkscreen Bottom。
2. 添加文字： 点击 Add Text 工具，点击放置位置，输入文字内容,设置字体和大小。
3. 添加 Logo： 点击 Add Logo，导入一个 .DXF 或 .DWG 格式的 Logo 文件。
4. 修改丝印： 丝印不能放在焊盘、过孔或走线上，如果重叠,需要移动丝印或调整其大小。

边框与安装孔

1. 绘制板框：
   • 切换到 Board Geometry 层。
   • 使用 Line 或 Arc 工具,画出一个封闭的矩形或异形轮廓。
   • 重要： 确保这个轮廓是 Board Outline 类型，如果画错，选中线段，右键 -> Properties，将 Line Type 改为 Board Outline。
2. 添加安装孔：
   • 使用 Add Via 工具。
   • 在安装孔位置放置一个过孔。
   • 双击该过孔，在 Properties 中：
     • 将 Via Type 改为 Thermal Relief（散热过孔）或 Unconnected（非连接过孔）。
     • 设置一个较大的外径（如 100mil）和钻孔孔径（如 120mil）。
     • 在 Net 选项卡中,确保它不连接到任何网络。

第四部分：输出 Gerber 文件与钻孔文件

设计完成后，需要将这些制造文件交给 PCB 厂家，Gerber 文件是行业标准。

生成 Gerber 文件

1. 点击 File -> CAM...。
2. 在 CAM Processor 窗口中，点击 Jobs...。
3. 在 Job Editor 对话框中，你可以选择一个预设的 Gerber 输出作业（如 Gerber Board Job）,或者自定义一个。
4. 自定义作业的关键层：
   • Copper Layers (铜层): Top, Bottom, Inner Layer 1, Inner Layer 2...
   • Solder Mask (阻焊层): Top Solder, Bottom Solder (绿色油墨层)。
   • Silkscreen (丝印层): Top Silk, Bottom Silk (白色字符层)。
   • Paste Mask (助焊层): Top Paste, Bottom Paste (用于 SMT 钢网)。
   • Board Geometry (板框层): Board Outline。
   • Drill Drawing (钻孔图): Drill Drawing。
   • Drill Report (钻孔文件): NC Drill。
5. 为每个层指定一个输出文件名和格式。
6. 点击 OK 返回 CAM Processor，然后点击 Run，选择一个输出文件夹,开始生成文件。

检查 Gerber 文件

强烈建议在发送给厂家前，使用免费的 Gerber 查看器（如 GC-Prevue, KiCad GerbView）检查生成的 Gerber 文件是否正确，确保所有层都对齐,没有缺失。

第五部分：学习资源与技巧总结

官方资源

• Siemens EDA 官网: 提供官方文档、教程和社区支持。
• 知识库: 搜索具体问题的解决方案。

视频教程

• Bilibili / YouTube: 搜索 "PADS Layout 教程"、"PADS 入门"，有大量中文和英文视频,跟着实际操作会学得更快。

实用技巧总结

• 善用快捷键： 这是提高效率的关键。
• 设置模板： 将常用的板框尺寸、叠层、设计规则保存为模板,下次新建项目时直接调用。
• 从简单项目开始： 不要一开始就挑战复杂的 8 层高速板，从一个简单的 LED 点亮电路或单片机最小系统开始。
• 学会使用右键： 右键菜单包含了大量针对当前对象的快捷操作。
• 保持设计整洁： 布局时对齐元件，布线时避免飞线缠绕，丝印清晰不压焊盘，一个好的设计不仅是功能实现的,也是视觉上美观的。

这份教程为你勾勒了 PADS Layout 的学习路线图，最重要的是动手实践，理论结合操作，你才能真正掌握它,祝你设计顺利！