PADS Router 全面教程

目录

1. 引言：为什么使用 PADS Router？
2. 准备工作：安装与设置
3. 第一部分：基础入门
   • 1 启动 PADS Router 与界面概览
   • 2 打开和准备设计
   • 3 最简单的布线操作
   • 4 常用视图与工具栏
4. 第二部分：核心布线技巧
   • 1 布线模式详解（交互式、推挤、绕线）
   • 2 差分对布线
   • 3 总线布线
   • 4 长度匹配与蛇形线
   • 5 过孔 与层切换
5. 第三部分：高级设计与规则
   • 1 设计规则 检查
   • 2 约束管理器 与规则定义
   • 3 铺铜 与分割
   • 4 层堆叠管理
6. 第四部分：高效工作流程
   • 1 快捷键大全（提高效率的关键）
   • 2 保存与输出
   • 3 与 PADS Layout 的协同工作
7. 第五部分：常见问题与技巧
   • 1 如何处理布线死胡同？
   • 2 如何快速优化已有布线？
   • 3 如何处理扇出？
8. 总结与资源

引言：为什么使用 PADS Router？

PADS Router 是 Mentor Graphics（现为 Siemens EDA）PADS 套件中的一个专业的交互式布线工具，它不是简单的自动布线器，而是设计师的“智能画笔”。

• 智能交互式布线：它结合了手动布线的灵活性和自动布线器的高效，你引导方向，它自动处理拐角、间距和推挤。
• 强大的差分对和总线支持：对于高速设计（如 DDR, PCIe, USB），差分对和总线的布线至关重要，PADS Router 提供了业界领先的差分对绕线、长度匹配等功能。
• 高效的推挤算法：当你在已有布线附近布新线时，它能智能地、可预测地推开障碍物,而不会造成混乱。
• 与 PADS Layout 无缝集成：作为 PADS 生态系统的一部分，它与 PADS Layout 紧密集成，设计规则、元件封装、网络等信息可以实时同步。

一句话总结：PADS Router 是让你在保证设计规则正确的前提下，快速、高质量地完成复杂 PCB 布线的利器。

准备工作：安装与设置

1. 安装 PADS 软件：确保你已经完整安装了 PADS 套件，包括 PADS Layout、PADS Router 和 PADS Logic。
2. 设置许可证：确保软件许可证已正确配置。
3. 熟悉 Layout：在开始使用 Router 之前，你应该已经完成了在 PADS Layout 中的元件布局、定义设计规则和铺铜，Router 是在 Layout 的基础上进行工作的。

第一部分：基础入门

1 启动 PADS Router 与界面概览

• 启动：在 PADS Layout 中，可以通过 Tools -> Router 启动，或者在 Windows 开始菜单中直接打开。
• 界面布局：
  • 菜单栏：所有命令的入口。
  • 主工具栏：最常用的命令，如新建、打开、保存、撤销、重做、DRC 检查等。
  • 布线工具栏：核心功能所在，包括布线模式、差分对、总线、过孔等。
  • 状态栏：显示鼠标坐标、当前层、当前网络、设计规则等信息。
  • 设计窗口：你的 PCB 设计图纸。
  • 信息/命令窗口：显示操作提示和命令输入区。

2 打开和准备设计

• 启动 PADS Router 后，通常会自动关联并打开当前在 PADS Layout 中打开的设计，如果不是，可以通过 File -> Open 打开 .pcb 文件。
• 关键步骤：在开始布线前，务必确认设计规则已从 Layout 正确加载，检查 Setup -> Design Rules，确保线宽、间距、过孔尺寸等规则符合要求。

3 最简单的布线操作

这是你的第一个布线动作：

1. 将鼠标移动到一个元件的焊盘上，你会看到焊盘高亮显示,并出现一个跟随鼠标的预览线。
2. 单击鼠标左键，开始布线，线会“粘”在鼠标上。
3. 移动鼠标，你会看到线段在实时更新，软件会自动为你创建 45 度或 90 度的拐角。
4. 单击鼠标左键,可以放置一个拐角或一个中间点。
5. 将鼠标移动到目标焊盘上，再次单击鼠标左键，完成布线,线会自动连接到焊盘中心。

4 常用视图与工具栏

• 视图操作：
  • 鼠标中键：按住并拖动,可以平移视图。
  • 鼠标滚轮：向上滚动放大，向下滚动缩小，按住 Ctrl + 滚轮可以快速缩放。
  • F 键：适合整个视图到窗口大小。
  • Shift + F：选中一个区域,使其充满视图。
• 显示/隐藏：
  • Shift + D：打开“显示/隐藏”对话框，可以快速控制铺铜、丝印、过孔、DRC 标记等的显示。

第二部分：核心布线技巧

1 布线模式详解

在布线工具栏中，你会看到三种主要的布线模式，这是 PADS Router 的精髓。

1. Interactive (交互式布线 - 默认模式)

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 这是最常用的模式，它会自动处理拐角、推挤其他网络、遵守设计规则。
   • 推挤：当你靠近已有布线时，它会智能地将该布线推开一段安全距离,而不是让你手动去绕开。
   • 环绕：如果推挤无法完成（空间不足）,它会自动绕过障碍物。

2. Push (推挤模式)

   • 这个模式只“推”，不“绕”，它会将你路径上的所有障碍物（包括线、过孔、铺铜）都推开,直到有足够空间。
   • 适用场景：在空旷区域布线,或者需要明确地将一组线整体移动时。

3. Hug (环绕模式)

   • 这个模式只“绕”，不“推”,它会让你布的线紧贴着障碍物边缘走线。
   • 适用场景：在密集区域,需要紧贴着已有走线或板边布线时。

如何切换：点击布线工具栏上对应的图标，或使用快捷键 I (Interactive), P (Push), H (Hug)。

2 差分对布线

高速设计的灵魂。

1. 启动差分对布线：
   • 选中差分对中的任意一个网络，然后点击布线工具栏的 Add Differential Pair 图标。
   • 或者，直接在布线时，按住 Ctrl 键，然后点击第一个焊盘，再点击第二个焊盘,软件会自动识别并创建差分对布线。
2. 布线：
   • 差分对会作为一个整体进行布线，两条线会保持你设定的间距（在约束管理器中定义）。
   • 软件会自动处理两条线的平行耦合和长度匹配。
3. 关键功能：
   • Tune (调谐)：这是差分对布线的核心，布完线后，选中差分对，点击 Tune 按钮,进入调谐模式。
   • 在调谐模式下，你可以：
     • Serpentine (蛇形线)：为差分对的两条线添加蛇形线，用于精确控制长度匹配，你可以控制蛇形线的间距、 amplitude (幅度) 和 spacing (间距)。
     • Min/Max (最小/最大长度)：设置目标长度和容差范围,软件会自动计算出需要添加多少蛇形线。
     • Coupling (耦合)：调整两条线之间的耦合紧密程度。

3 总线布线

用于一次性布排多条功能相关的线（如数据总线 D0-D7）。

1. 启动总线布线：
   • 按住 Shift 键,依次点击所有需要加入总线的网络的起点焊盘。
   • 点击布线工具栏的 Add Bus 图标。
2. 布线：
   • 总线会作为一个整体布线,软件会自动处理总线内部的间距。
   • 布完总线主干后，可以使用 Bus to Lines 功能，将总线自动分解为多条独立的、间距正确的分支线。

4 长度匹配与蛇形线

不仅差分对需要，像时钟、复位等关键信号也可能需要长度匹配。

• 手动添加：对于单根线，可以在 Tune 模式下，手动添加 Serpentine。
• 使用 Matched Lengths：
  1. 在 Setup -> Constraint Manager 中定义一个“匹配长度”规则，指定哪些网络需要匹配,以及它们的长度公差。
  2. 布完线后，选中这些网络，点击 Tune。
  3. 软件会自动分析各条线的长度，并提示你哪些需要加长，然后你只需点击 Add Serpentine 即可。

5 过孔 与层切换

• 放置过孔：在布线过程中，按 (数字键盘2) 键，或者点击工具栏的 Add Via 图标,即可在当前位置放置一个过孔并切换到下一层。
• 层选择：在状态栏或工具栏的下拉菜单中,可以随时切换当前布线层。

第三部分：高级设计与规则

1 设计规则检查

• 实时 DRC：布线时，违反规则的地方会以高亮显示（通常是红色或黄色）。
• 运行 DRC：
  • 点击主工具栏的 DRC 图标（一个绿色的对勾）。
  • 在弹出的对话框中，你可以选择检查的范围（全部、网络、区域等）。
  • 检查结果会列在窗口中，双击错误项可以自动定位到 PCB 上的相应位置。

2 约束管理器

这是 PADS 的核心,定义了设计的所有电气和物理约束。

• 入口：Setup -> Constraint Manager。
• 重要页面：
  • Electrical (电气)：定义线宽、间距、网络拓扑等。
  • Differential Pairs (差分对)：定义差分对的线宽、间距、长度匹配规则。
  • Physical (物理)：定义过孔尺寸、 Via-in-pad 等。
• 最佳实践：在开始布线前，花足够时间在 Constraint Manager 中定义好所有规则。

3 铺铜 与分割

• 显示铺铜：按 Shift + D，确保 Copper (铺铜) 选项是勾选的。
• 连接网络：铺铜会自动连接到它所包围的网络焊盘。
• 分割铺铜：
  1. 使用 Add Copper Sliver (添加铜箔条) 工具。
  2. 在需要分割的地方画一条线,这条线会将一块大的铺铜分割成两个独立的区域。
  3. 分割后,你可以为新的铜箔区域分配不同的网络。

第四部分：高效工作流程

1 快捷键大全

2 保存与输出

• 保存：布线完成后，点击 Save 图标，这会同时更新 .pcb 文件。
• 输出 Gerber：
  1. 回到 PADS Layout。
  2. 使用 File -> Export -> Gerbers...。
  3. 在设置中，确保包含所有需要的层（铜层、丝印层、阻焊层、钻孔文件等）。
  4. 生成 .gbr, .drl 等文件,交给制板厂。

3 与 PADS Layout 的协同工作

• 同步：PADS Router 和 PADS Layout 是实时同步的，在 Router 中修改任何东西（如布线、添加过孔），保存后回到 Layout,修改已经存在。
• 流程：Layout (布局/定义规则) -> Router (布线) -> Layout (铺铜/最终检查/出Gerber)。

第五部分：常见问题与技巧

1 如何处理布线死胡同？

当布线被堵住时,不要硬来。

1. 使用推挤模式：切换到 Push 模式,强行推开障碍物。
2. 添加过孔：换一层布线,绕过障碍物。
3. 暂时隐藏：按 Shift + D，暂时隐藏不相关的铺铜或丝印,为布线腾出空间。
4. 重新布局：如果某个区域实在布不通，可能需要回到 PADS Layout 调整元件布局。

2 如何快速优化已有布线？

1. 优化布线：选中一段或多段布线，右键选择 Optimize，软件会尝试在保持连接和规则的前提下，让走线更短、更平滑。
2. 平滑拐角：选中布线，使用 Smooth 命令，可以将锐利的 90 度拐角变得更平滑（如圆弧）。

3 如何处理扇出？

扇出是将表贴元件的焊盘连接到内层或电源地的过程。

• 手动扇出：对于 BGA 等高密度封装，通常需要在 Layout 中手动做好扇出，再导入 Router。
• Router 辅助扇出：对于简单元件，可以在 Router 中，从焊盘开始布线，快速添加两个过孔，形成简单的“狗腿”形扇出。

总结与资源

PADS Router 是一个功能强大但需要练习才能掌握的工具。“熟能生巧” 是最好的建议。

• 核心思想：相信它的推挤和环绕算法，学会使用 Tune 功能来处理差分对和长度匹配,熟练掌握快捷键。
• 学习资源：
  • Siemens EDA 官方文档：最权威、最准确的信息来源。
  • 官方视频教程：在 Siemens EDA 官网或 YouTube 上搜索 "PADS Router tutorial"。
  • 社区论坛：官方社区、EDA365 等中文论坛有大量用户分享的经验和问答。

希望这份教程能帮助你顺利上手 PADS Router,祝你布线愉快！