【技術筆記】Cadence 創建元器件 Pin 引腳的創建與設置

【技術筆記】Cadence 創建元器件 Pin 引腳設置

  • 一、管腳 Pin 放置方式
    • 1. 直接放置(快捷鍵【Shift】+【G】)
    • 2. 按照Pin陣列放置引腳(快捷鍵【Shift】+【J】)
    • 3. 通過Excel表格創建元器件
  • 二、引腳屬性設置
    • 1. 創建Pin設置,Edit Pin進行批量更改
    • 2. Pin Type釋義
    • 2. Pin Shape釋義
  • 三、引腳正確設置的重要性
    • 1. 電路功能實現層面
    • 2. 設計與開發流程層面
    • 3. 制造與測試層面
    • 4. 產品可靠性與穩定性層面

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更多內容見專欄:【硬件設計遇到了不少問題】、【Cadence從原理圖到PCB設計】

一、管腳 Pin 放置方式

1. 直接放置(快捷鍵【Shift】+【G】)

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2. 按照Pin陣列放置引腳(快捷鍵【Shift】+【J】)

【Place】-【Pin Array】

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3. 通過Excel表格創建元器件

當遇到管腳數目比較復雜的元器件的時候,一個輸入引腳功能和編號比較費時費力,也比較容易出錯,這時我們可以借用excel表格來創建元器件,方便快捷。下面我們以AD9135為例,詳細分析借用excel表格來創建元器件的方法。
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有關于填寫的內容:
在第一行中填入初始的一些參數,然后點擊表格左上角的空白,選中全部表格內容,ctrl+Insert進行復制,粘貼到excel表格中,作為模板,然后對其參數進行補齊。

序號選項含義
(1)NumberPin Number,必填
(2)NamePin Name,必填
(3)Type腳輸入輸出的類型,必填
(4)Pin Visibility是否顯示該引腳,“1”表示顯示,0”表示不顯示
(5)ShapePin管腳的形狀
(6)PinGroup在Allegro PCB Editor中允許交換的PIN腳的分組編號
(7)Position管腳放置的位置,必填
(8)Section有多個Part時,此Pin腳所在Part的名稱,只有一個的話就填“A”,必填

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在excel表格處理數據。先將需要新建的器件的管腳信息錄入到Excel表格中,也可到所在器件廠家的官網下載相應信息。主要要整合的位置是Number與Name這兩個選項,其它都是跟我們在orcad復制的模板是一致的,管腳的位置、Part類型、管腳的長度都可以在orcad里面再去做調整,這里做成一樣的,關系不大。

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二、引腳屬性設置

1. 創建Pin設置,Edit Pin進行批量更改

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2. Pin Type釋義

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序號Pin Type含義
(1)Input此類型引腳用于接收來自外部電路的信號,是信號進入元器件的入口。它僅能接收信號,不能向外輸出信號,相當于信號的 “流入端”。當元器件需要從其他電路獲取控制信號、數據信號等時使用。比如在一個邏輯門電路中,與門的輸入引腳就會連接其他邏輯電路輸出的高低電平信號,以此作為與門進行邏輯運算的依據。
(2)Bidrectional雙向傳輸類型,一般用于DC-DC電路器件,雙向引腳既可以作為輸入引腳接收外部信號,也可以作為輸出引腳向外部輸出信號,能夠在不同時刻根據電路的工作狀態進行輸入和輸出功能的切換。在需要進行數據雙向傳輸的場景中使用。例如,在計算機的內存與處理器之間的數據傳輸接口,數據既可以從處理器寫入內存,也可以從內存讀取到處理器,此時就會使用雙向引腳。
(3)Output輸出信號,一般用于IC類器件的輸出管腳,該引腳的作用是將元器件內部處理后的信號輸出到外部電路,是信號的 “流出端”。輸出引腳能夠提供一定的驅動能力,以推動后續連接的負載。當元器件完成對輸入信號的處理后,需要將處理結果傳遞給其他電路時使用。例如,微處理器的輸出引腳會將計算結果或控制指令輸出給其他外圍設備,像顯示器、存儲器等。
(4)Open Collector表示開集電集,一般用于三極管或者是MOS管。是基于三極管或場效應管的一種輸出結構。對于 NPN 三極管構成的集電極開路輸出,其集電極沒有直接連接到電源,而是處于 “開路” 狀態,需要外接上拉電阻到電源。當三極管導通時,引腳相當于接地;當三極管截止時,引腳處于高阻態,通過上拉電阻被拉到電源電壓。可以方便地實現不同電壓電平之間的轉換。例如,將一個低電壓的信號轉換為高電壓信號輸出,只需改變上拉電阻連接的電源電壓即可。多個集電極開路輸出的引腳可以直接連接在一起實現 “線與” 功能,即只要有一個引腳輸出低電平,總的輸出就是低電平,只有所有引腳都輸出高阻態時,輸出才是高電平,常用于 I2C 等總線通信中。
(5)Passive無源類型,一般的信號管腳都選擇該類型Passive 引腳表示該引腳不具備驅動能力,不產生或放大信號,主要用于傳輸信號、提供連接點或者作為無源元件(如電阻、電容、電感)的連接端。它本身不消耗或提供電能,只是在電路中起到信號傳遞或阻抗匹配等作用。當元器件中包含電阻、電容、電感等無源元件時,這些元件的引腳通常定義為 Passive 類型。例如,在一個濾波電路中,電容和電阻的連接引腳就是 Passive 引腳。用于簡單的信號傳輸,不涉及信號的放大或處理。比如在一些信號轉接板上,引腳主要起到將信號從一個地方傳輸到另一個地方的作用,這些引腳就可以定義為 Passive 類型。
(6)3 State三態類型,0與1與高阻態,一般用于邏輯門器件。三態引腳具有三種狀態,分別是高電平、低電平和高阻態。高電平狀態表示輸出邏輯 1,低電平狀態表示輸出邏輯 0,而高阻態相當于引腳與電路斷開連接,此時引腳不影響其他電路的狀態,也不會對其他信號產生干擾。在多個設備共享同一總線的系統中,三態引腳非常重要。每個設備的輸出引腳可以設置為三態,當該設備需要在總線上傳輸數據時,將引腳設置為高電平或低電平;當不需要傳輸數據時,將引腳設置為高阻態,讓其他設備可以使用總線,避免了信號沖突。例如,在計算機的地址總線和數據總線上,各個外設的接口引腳通常采用三態設計。可以用于數據緩沖器或隔離器的設計。當需要在不同電路之間進行數據傳輸時,三態緩沖器可以在需要時傳遞數據,不需要時將電路隔離,防止相互干擾。
(7)Open Emitter表示開發射集,一般用于三極管或者是MOS管。Open Emitter 引腳與 Open Collector 類似,只不過它是基于三極管發射極的一種輸出結構。對于 PNP 三極管構成的發射極開路輸出,其發射極處于 “開路” 狀態,需要外接下拉電阻到地。當三極管導通時,引腳相當于連接到電源;當三極管截止時,引腳處于高阻態,通過下拉電阻被拉到地電位。在一些需要特定電平驅動或者與特定類型電路配合的場合使用。例如,某些電路需要高電平驅動,但又不希望直接連接到電源,這時可以使用發射極開路輸出,通過下拉電阻和外部電路的配合來實現合適的驅動電平。
(8)Power電源類型,,一般用于電源管腳。電源引腳用于為元器件提供工作所需的電能,分為正電源引腳(VCC、VDD 等)和負電源引腳(VSS 等)。正電源引腳連接電源的正極,負電源引腳連接電源的負極或地。所有需要電源才能正常工作的元器件都必須有電源引腳。比如,一個集成電路芯片需要通過電源引腳獲取穩定的電壓和電流,以維持其內部電路的正常運行。

2. Pin Shape釋義

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序號Pin Shape含義
(1)CLOCK時鐘管腳,用于表示該引腳為時鐘信號引腳。時鐘信號在數字電路里是極為關鍵的同步信號,能為電路中的各個部件提供統一的時間基準,保障電路有序運行。各類數字集成電路(如微處理器、FPGA 等)中,時鐘引腳會采用這種形狀來明確標識,像微處理器的外部時鐘輸入引腳就會設計成 CLOCK 形狀,便于電路設計人員快速識別。
(2)Dot低電平有效,在邏輯電路中,Dot 代表邏輯反相。從信號的邏輯狀態來看,就意味著該引腳在低電平(邏輯 0)時執行特定功能,而不是高電平(邏輯 1)。
(3)Dot-Clock低電平有效的時鐘信號
(4)Line線,Line 是最常見的引腳形狀,一般表示普通的信號引腳,不具備特殊的邏輯或電氣特性,只是用于傳輸普通的數字或模擬信號。泛應用于各種電路中,如數據信號、控制信號等的傳輸引腳。例如,在一個簡單的數據傳輸電路中,數據輸入和輸出引腳通常采用 Line 形狀。
(5)Short Line短線,Short Line 本質上和 Line 類似,也是用于表示普通信號引腳,只是視覺上引腳線更短。其功能與 Line 沒有本質區別,主要是為了在繪制原理圖時根據布局需求進行靈活調整,使原理圖更加整潔美觀。
(6)Short Clock短時鐘,類似于 Short Line 與 Line 的關系,Short Clock 是 CLOCK 形狀的短線版本。它表示該引腳為時鐘信號引腳,只是引腳線更短,用于在布局受限的情況下清晰標識時鐘引腳。
(7)Zero Length零線寬,Zero Length 表示該引腳在原理圖上的長度為零,它主要用于一些特殊的連接需求,比如在進行層次化設計時,用于連接不同層次原理圖之間的信號。這種引腳在原理圖上不顯示實際的線段,但在電氣連接上是有效的。

三、引腳正確設置的重要性

Pin 引腳設置正確在電子電路設計、制造及產品使用的全生命周期中都起著關鍵作用,以下從多個維度詳細論述其重要性:

1. 電路功能實現層面

(1)確保信號準確傳輸,引腳類型決定信號流向:引腳類型如輸入(Input)、輸出(Output)、雙向(Bidirectional)等有明確的信號傳輸規則。若設置錯誤,信號傳輸會混亂。例如,把本應是輸入引腳的設置成輸出引腳,會使信號無法按預期進入元件,可能造成邏輯錯誤或系統崩潰。在數字電路中,微控制器的輸入引腳接收外部傳感器信號,若錯誤設置為輸出,傳感器信號無法正常接入,系統無法獲取外界信息。另一方面,保證信號完整性:正確設置引腳的電氣特性,如阻抗匹配、驅動能力等,對信號完整性至關重要。若引腳阻抗不匹配,信號在傳輸過程中會發生反射,導致信號失真、數據錯誤。在高速串行通信接口中,如 PCIe,引腳的阻抗匹配設置不當會使信號質量下降,影響通信的穩定性和數據傳輸速率。
(2)實現電路邏輯功能邏輯引腳設置影響邏輯運算:在邏輯電路中,引腳的邏輯屬性設置決定了元件的邏輯功能。例如,與門、或門等邏輯門的輸入輸出引腳設置錯誤,會導致邏輯運算結果錯誤。在一個由多個邏輯門組成的復雜邏輯電路中,只要有一個引腳設置出錯,整個電路的邏輯功能就會失效。控制引腳確保系統有序運行:許多電路中的控制引腳用于啟動、停止、復位等操作。正確設置這些引腳能保證系統按預定順序和條件運行。例如,微處理器的復位引腳(Reset)設置錯誤,可能無法在需要時對處理器進行復位操作,使系統陷入異常狀態,無法正常啟動或恢復。

2. 設計與開發流程層面

(1)提高設計效率,減少設計錯誤和反復修改:準確的引腳設置能避免在設計階段出現因引腳問題導致的錯誤。若在設計初期就正確設置引腳,后續的原理圖設計、PCB 布局布線等工作能順利進行,減少因引腳設置不當而進行的反復修改,節省設計時間和成本。例如,在設計多層 PCB 時,若引腳設置有誤,可能需要重新規劃布線,甚至重新設計 PCB 板,大大延長設計周期。便于團隊協作和溝通:在多人協作的項目中,統一且正確的引腳設置規范有助于團隊成員之間的溝通和協作。每個成員都能根據準確的引腳信息理解電路設計意圖,避免因引腳信息不一致而產生誤解和錯誤。例如,硬件工程師和軟件工程師可以依據正確的引腳設置進行硬件電路和軟件程序的協同設計,提高開發效率。
(2)利于設計復用和擴展增強設計的可復用性:正確設置引腳的電路設計具有更好的可復用性。當需要在新的項目中使用類似的電路模塊時,由于引腳設置規范、準確,模塊可以方便地被復用,減少重復設計工作。例如,一些常用的傳感器接口電路,只要引腳設置正確,就可以在不同的項目中直接復用,提高設計效率。支持電路功能擴展:在進行電路功能擴展時,正確的引腳設置能為新功能的添加提供便利。通過合理預留引腳或按照標準設置引腳,新的功能模塊可以輕松地與原有電路進行連接和集成。例如,在設計一個可擴展的開發板時,正確設置引腳可以方便后續添加各種外設模塊,如藍牙模塊、Wi-Fi 模塊等。

3. 制造與測試層面

(1)保證制造質量引腳布局影響焊接質量:引腳的布局和設置對 PCB 制造過程中的焊接質量有重要影響。合理的引腳間距、排列方式等設置能確保焊接工藝的順利進行,減少虛焊、短路等焊接缺陷。例如,對于引腳密集的 BGA 封裝芯片,若引腳設置不合理,焊接時容易出現錫球橋接等問題,影響產品的可靠性。符合制造工藝要求:正確的引腳設置需要考慮制造工藝的要求,如引腳的尺寸、形狀等要與制造設備和工藝相匹配。若引腳設置不符合制造工藝標準,可能導致制造過程中出現問題,甚至無法生產。例如,引腳的孔徑大小設置不當,會影響鉆孔工藝和后續的電鍍、焊接等工序。
(2)方便測試與調試便于測試點設置:正確設置引腳可以方便地在電路中設置測試點,用于對電路的性能和功能進行測試和調試。通過將某些引腳作為測試點,可以方便地測量信號的電壓、電流、頻率等參數,及時發現電路中的問題。例如,在數字電路中,可以將關鍵信號的引腳引出作為測試點,使用示波器等儀器進行信號監測。支持故障定位和修復:準確的引腳信息有助于在測試和調試過程中快速定位故障點。當電路出現問題時,根據引腳的連接關系和功能設置,可以縮小故障排查范圍,提高故障修復效率。例如,若某個引腳的信號異常,可以通過檢查該引腳的連接電路和相關元件來確定故障原因。

4. 產品可靠性與穩定性層面

(1)降低故障發生率避免電氣故障:正確的引腳設置可以減少因電氣連接不當而導致的故障。例如,正確設置電源引腳和接地引腳,能確保電路有穩定的電源供應和良好的接地,避免因電源波動或接地不良而引起的電氣故障。在一些對電源穩定性要求較高的醫療電子設備中,電源引腳和接地引腳的正確設置尤為重要。防止電磁干擾:合理的引腳設置可以降低電路中的電磁干擾(EMI)。通過正確安排引腳的位置和布線,可以減少信號之間的耦合和輻射,提高產品的電磁兼容性。例如,在高速電路中,將高速信號引腳與低速信號引腳分開布局,能有效減少信號之間的串擾,提高產品的可靠性。
(2)延長產品使用壽命減少引腳應力和損壞:正確的引腳設置可以使引腳在工作過程中承受合理的應力,減少因應力集中而導致的引腳損壞。例如,在機械振動較大的環境中,合理設置引腳的固定方式和連接強度,可以避免引腳因振動而松動或斷裂,延長產品的使用壽命。保證長期穩定性:準確的引腳設置能確保電路在長期使用過程中的穩定性。引腳的電氣性能和連接狀態在長時間工作后可能會發生變化,正確的引腳設置可以使電路對這些變化具有更好的耐受性,保證產品的長期穩定運行。例如,在工業控制設備中,引腳設置正確可以使設備在惡劣的工業環境下長期可靠工作。


最后
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