3.2 元件类型

PADS的元件类型用来管理元器件相关的信息，包括但不限于：分配的CAE封装与PCB封装的类型与数量、CAE封装中包含门的数量、CAE封装具体表现形式的数量、管脚映射关系、默认参考编号前缀等。你可以选择先创建元件类型再进行CAE封装或PCB封装的创建，也可以将创建顺序反过来。PADS Logic与PADS Layout都可以创建元件类型，本节以PADS Logic为例进行详细阐述。

3.2.1 新建元件类型

如果你想进行元件类型创建与编辑操作，首先需要进入相应的编辑环境。在PADS Logic中执行【工具】→【元件编辑器】（或在图3.4所示对话框中确定“筛选条件”为“元件”，然后单击“新建”按钮，PADS Layout中只能使用此方式），即可进入如图3.19所示的元件编辑器（Part Editor）环境，此时标题栏的字符串为“元件：NEW_PART”字符串，表示当前默认已经新建一个元件类型。

元件编辑器环境中存在一个“元件编辑器工具栏”（笔者注：中文版软件翻译有误，应为“标准工具栏”），其中的“编辑电参数”工具用来设置元件类型信息，“编辑图形”工具则可以编辑当前元件的CAE封装，如图3.20所示。

如果在完成当前元件类型的创建或编辑工作后，你需要再创建另一个新元件类型，可以在元件编辑器环境中执行【文件】→【新建】，在弹出的如图3.21所示的“选择编辑项目的类型”对话框中选择“元件类型”项，再单击“确认”按钮，当前的环境又会恢复到图3.19所示的状态。当然，你也可以创建连接器、CAE封装、管脚封装及页间连接符，后续章节将会详细讨论。

3.2.2 编辑元件类型

元件类型创建完成后，你需要完善元器件相关的信息。执行【编辑】→【元件类型编辑器】（或单击元件编辑器工具栏中的“编辑电参数”按钮）后，即可弹出“元件的元件信息”对话框，其中包含“常规（General）”“PCB封装（PCB Decals）”“门（Gate）”“管脚（Pins）”“属性（Attributes）”“连接器（Connector）”“管脚映射（Pin Mapping）”共7个标签页，本节将详尽阐述其中参数的具体意义。值得一提的是， 虽然元件类型相关信息并不少，但是常用的参数并不多，后续还会使用完整的应用实例帮助你进一步理解元件类型的创建过程 。

1.“常规”标签页

“常规”标签页如图3.22所示，主要用于显示元件统计数据及设置逻辑系列，包括如下几部分：

（1）元件统计数据（Part Statistics）。该组合框用来显示元件相关信息，其中，“管脚数（Pin Count）”项显示该元件的所有管脚数量（如果分配的多个PCB封装的管脚数量不一致，则显示管脚数量范围）；“封装（Decal）”项用于显示给元件分配的PCB封装（如果分配了多个PCB封装，则显示分配列表中最上面的那一个，后述）；“门数（Gate Count）”项用于显示元件包含的门数（一个完整的原理图符号在创建时可以分解为多个部分，分解的数量即为门数，简单元件通常只有一个门，复杂元件也可以包含多个门，后述）；“信号管脚数（Signal Pin Count）”项用于显示不会出现在原理图符号的管脚（典型的例子就是电源与公共地管脚，后述）数量。所有这些数据会跟随元件信息的编辑而实时更改。例如，当未给元件分配CAE封装时，相应“门数”显示为0，当元件未分配PCB封装时，“封装”项则显示为空白。

（2）逻辑系列（Logic Family）。该组合框决定了“当元件从库中添加到设计中时”默认参考编号前缀。例如，电阻为R，电容为C，芯片为U。你只需要单击其中的下拉列表，并选择合适项即可，“参考前缀（Ref Prefix）”项会显示相应的参考编号前缀（图示为“U”）。如果你并不清楚元器件所在逻辑系列及相应的参考前缀（或需要进行修改），单击“系列”按钮即可弹出如图3.23所示“逻辑系列”对话框，从中可以查到每一种逻辑系列对应的参考前缀，你也可以通过该对话框对逻辑系列进行添加、编辑或删除操作。

值得一提的是，当你新建一个元件类型后，默认的逻辑系列为“UND”，相应的参考前缀为“U”，这并不意味着给元件类型设置的参考前缀为“U”，而是“未定义（undefined）”的意思。如果元件并未分配除“UND”之外的逻辑系列，当你从封装库中将其添加到原理图设计中时，PADS Logic将会弹出如图3.24所示的对话框，只有填写字母（例如，R、C、U）或字母数字（例如，R1、C1、U1）之后才能将其加入到设计中。

（3）选项（Options）：该组合框包含以下4个选项：

◆定义元件类型管脚编号到PCB封装的映射（Define mapping of Part Type pin numbers to PCB Decal）：该复选框默认处于不勾选状态，只有勾选该复选框，“管脚映射”标签页才处于有效状态，主要针对一些需要使用字母来标识PCB封装管脚的元件类型。例如，三极管 的管脚可以使用字母E、B、C分别标识发射极、基极、集电极（而不再是1、2、3，后述）。需要注意的是，如果（给元件分配的）PCB封装的管脚本身就包含字母，该选项将处于禁用状态。

◆ECO注册元件（ECO Registered Part）：ECO是“Engineering Change Order”的缩写，意为“工程设计变更”，原理图与PCB设计过程中对网络表项相关的修改都被认为是工程设计更改，包括管脚（或门）交换、元件删除（或添加、重命名）、网络删除（或添加、重命名）等操作，PADS Layout提供的ECO模式能够快速地执行这些修改，并将这些更改过程准确地记录在ECO文件中，以便后续反向标注到PADS Logic中。换言之，如果你创建的某个元件需要在原理图与PCB之间进行同步，应该勾选该复选框。该复选框默认处于勾选状态，也就代表所有元件默认都是ECO注册元件，这样才能够在原理图与PCB文件之间进行正向或反向标注操作。当然，一些特殊的元件（通常是没有管脚的非电气元件）也可以不作为ECO注册元件来创建，例如，你在原理图中添加用来跟踪库存的安装螺钉（mounting screw）元件，或在PCB文件中添加的安装孔元件。

◆前缀列表（Prefix list）：如果你需要将当前编辑的元件类型信息批量更新到库中其他元件，可以在该文本框内输入一种或多种前缀（可以使用通配符）。例如，当输入“?4HC”时，名称类似“74HC”“54HC”的元件将会被更新。当输入“\02”时，所有以“02”为结尾的元件将会被更新。值得一提的是，仅在其他（非“常规”）标签页中单击“确定”按钮时方可生效。

◆特殊目的（Special Purpose）：该复选框用于设置元件类型属于连接器（Connector）、模具元件（Die Part）还是倒装片（Flip Chip）。连接器元件可以理解为一种特殊的CAE封装，只有当该单选框处于选中状态时，“连接器”标签页才处于有效状态。需要注意的是，你无法手工修改该单选框的状态（总是处于禁用状态），当你创建或打开连接器元件时，该单选框自动处于选中状态，详情见3.5节。

模具元件与倒装片都是一种单芯片封装方式，即芯片直接贴装（Direct Chip Attach，DCA），也称为板上芯片（Chip On Board，COB）技术。为了更方便理解COB封装的具体结构，先来看看常见的双列直插封装（Dual In-line Package，DIP）的内部结构，芯片（也称为“裸片”或“晶片”）被固定在引线框架（Lead Frame）上（固定裸片的地方也可以称为 衬底 ），然后通过金线（Gold Wire）将芯片上方的管脚与引线框架连接，最后通过塑料将其封装起来，如图3.25所示。如果从顶层角度来看，相应的内部结构如图3.26所示。

也就是说，芯片厂商在进行裸片分销前已经对其完成了一次封装工序，但是很明显，封装制作也需要一定的成本，为满足特定客户的需求，有些芯片厂商将尚未封装的裸片直接出售，由客户自行到邦定（Bonding） 厂使用金线直接邦定到PCB上（或者另外找封装厂商封装芯片，然后作为自己生产的芯片进行宣传，保密性更强一些，也能够增加竞争对手的破解难度），很多遥控器、玩具、液晶显示模组中PCB上的那块黑乎乎的凸起状（圆形比较常见）物体就是这种封装形式，具体加工制作过程如图3.27所示（模具元件制作过程见12.1节）。

倒装片与模具元件的区别在于，后者的管脚位于裸片上方，需要通过金线将其与PCB焊盘连接，而前者的管脚位于裸片下方（相当于将模具元件倒过来），其管脚本身已经预先制作用于焊接的微型焊锡凸块（solder bump），所以能够直接焊接在PCB上（非常类似于BGA封装的安装形式，但省略了内部金线），最后再进行封装即可，如图3.28所示。

值得一提的是，在PADS 9.0版本之前，模具元件与倒装片分别由逻辑系列“DIE”与“FLP”标识（而非“特殊目的”）。

2.“PCB封装”标签页

“PCB封装”标签页用于给元件分配相应的PCB封装，如图3.29所示。当你在“库”下拉列表中确定PCB封装所在封装库后，左下角“未分配的封装”列表中即可显示该库中所有符合筛选条件的PCB封装，只需要双击（或选中后单击“分配”按钮）将其添加到右下角“已分配的封装”列表即可完成PCB封装的分配操作。如果封装库中的PCB封装特别多，你也可以尝试使用“筛选条件”“管脚数”进一步过滤PCB封装，当“仅显示具有与元件类型匹配的管脚编号的封装（Show only Decals with pin numbers matching Part Type）”复选框被勾选时，与“管脚”标签页中门管脚及信号管脚编号（或“管脚映射”标签页中物理管脚编号）不匹配的PCB封装将不会显示。例如，CAE封装中的管脚编号均为数字，则仅有字母作为管脚编号的PCB封装不会显示。当你对PCB封装进行重新分配后，右上角的“重置”按钮将处于可用状态，如果想回到最开始（未重新分配PCB封装）的状态，单击该按钮即可。

如果实在有必要，你也可以为元件分配暂时还不存在的PCB封装（左上角预览区域会显示“NOT FOUND”），后续在PADS Layout中再创建同名PCB封装即可，只需要单击“分配新项目”按钮，在弹出如图3.30所示“分配新的PCB封装”对话框中输入想要分配的PCB封装名称，再单击“确定”按钮即可。

需要注意的是，一个元件允许分配多达16个PCB封装，分配的多个PCB封装根据优先级高低依次出现在“已分配的封装”列表中，排在最上面的PCB封装优先级最高，其也是从库中添加元件到原理图时的默认PCB封装，你可以使用“上”与“下”按钮改变PCB封装的使用优先级，但即便添加到设计中的元件默认PCB封装并非所需，你仍然随时可以更改，只需要在PADS Logic中对元件执行【右击】→【特性】（或直接双击），在弹出的如图3.31所示“元件特性”对话框中，单击下方的“PCB封装”按钮即可进入如图3.32所示“PCB封装分配”对话框，“库中的备选项”中即可显示元件所有已经分配的PCB封装，将其添加到“原理图中的已分配封装”项即可，你还可以选择是否将设计中所有相同类型元件的PCB封装都进行替换（而不是仅更新当前选择的元件），只需要在单击“确定”按钮前选中“所有此类型的元件”单选框即可。

3.“门”标签页

“门”标签页如图3.33所示，主要用于给元件分配门（CAE封装），包括门的数量、交换信息及相应的表现形式。

首先应该明确PADS中的元件、门与CAE封装之间的关系。什么是门呢？很多初学者在进行原理图设计时，通常会将元器件的原理图符号（即CAE封装）绘制成为一个模块，这种方式对于简单的元器件、中小规模芯片是比较适合的。例如电阻、电容、电感、二极管、LM1117、51单片机等。但是对于很多大规模集成芯片，管脚数量能够轻松过百，将其原理图符号绘制成为单个模块将非常不便于原理图的管理，也会严重影响设计的可读性，此时通常会将整个原理图符号按照功能划分为若干个模块。例如电源模块、存储控制模块、音视频模块、显示驱动模块、USB模块等。而此处所述的“每一个模块”就对应PADS中的一个“门”。

如果你决定仅使用一个模块代表完整的原理图符号，仅需要单击“添加”按钮创建一个门（A）即可。如果你决定将原理图符号分解成多个模块，则可以多次单击“添加”按钮，“门”列会以A、B、C、D的形式增加，当你将该元件添加到原理图中时，相应的参考编号将会以形如U1-A、U1-B、U1-C、U1-D的方式出现。具体分配CAE封装的方式主要有两种：其一，直接输入想要的CAE封装名即可（即便相应的CAE封装并不存在于封装库中也可以，具体创建CAE封装的步骤见3.3节）；其二，双击某CAE封装列中的单元格（或选中单元格再单击“编辑”按钮）后，单击其右侧出现的“浏览”按钮（三个点）即可弹出图3.34所示的“为元件的门A分配封装”对话框，从“未分配的封装”列表中找到需要的CAE封装并将其添加到“已分配的封装”列表，再单击“确定”按钮即可。

那么“门”与“CAE封装”之间又有什么关系呢？为什么“门”标签页中添加的每个门对应多个CAE封装呢？“门”可以认为是一种抽象的逻辑概念，其表现形式就是CAE封装，但是每个“门”对应的CAE封装的具体表现形态可以不同。举个简单的例子，电阻的常用CAE封装就有折线与矩形两种，当然，你完全可以创建属于自己风格的CAE封装，在原理图层面表达的都是一个意思，如图3.35所示，其中，矩形与折线符号见国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）标准IEC 60617-DB《简图用图形符号》（Graphical symbols for diagrams），中华人民共和国采用矩形符号，对应国家标准为GB/T 4728.4《电气简图用图形符号 第4部分：基本无源元件》（Graphical symbols for electrical diagrams-Part 4:Basic passive components）。

如果你决定仅使用一种CAE封装形式，只需要将CAE封装添加到“CAE封装1”列中即可，这也是当元件添加到原理图中默认使用的CAE封装。如果你决定使用多种CAE封装形式，只需要将CAE封装添加到其他CAE封装列即可（一个“门”最多对应4个CAE封装，但管脚数量必须相等）。当元件添加到原理图中后，图3.31所示“元件特性”对话框内的“元件信息”组合框中的“门封装”列表将会列出所有添加的CAE封装形式，从中选择合适项即可。

最后总结一下“门”与“CAE封装”之间的关系。图3.36左侧是实际芯片（型号为74HC08）数据手册给出的原理图符号，你可以按照该符号创建CAE封装（即一个模块），这样一个原理图符号即包含所有管脚，此时一个元件类型仅包含了一个门，你可以为其分配最多4种CAE封装，图3.36中添加了2种。当然，你也可以采用将其分割为4个门的方式，同样可以为每个门分配最多4种CAE封装，图3.36中添加了IEC标准、美国国家标准协会（American National Standards Institute，ANSI）/电气电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）标准以及自定义的3种CAE封装。也就是说，PADS中描述的“门”与数字电路中的“逻辑门”不一样，并非逻辑器件才可以分割成多个门，如果原理图符号复杂到一定程度，你就可以根据需求将其进行模块划分。

4.“管脚”标签页

“管脚”标签页用于给元件分配管脚，如图3.37所示。PADS要求给元件的管脚选择一个管脚组（Pin Group），其可以是门管脚（Gate Pins）、信号管脚（Signal Pins）、未使用的管脚（Unused Pins）及连接器管脚（Connector Pins）类型之一（管脚总数量不能超过32767），其中，“连接器管脚”组仅在创建连接器封装时才会出现，详情见3.5节，此处暂不赘述。

当你已经为元件分配PCB封装时，所有管脚编号默认会对应每一行出现在“编号”列中（你可以对管脚编号进行编辑，虽然默认为纯数字形式，但其也可以接受“带字母的数字”的管脚编号形式，但如果此时PCB封装的管脚编号为纯数字，则必须将“带字母的数字”的管脚编号映射到PCB封装），并且默认被分配在“未使用的管脚”组（当然，即便暂时并未分配PCB封装，你也可以通过右侧的按钮手工添加管脚），此时“管脚组”列中还没有“门管脚”组，只有当你为元件分配了CAE封装时才会出现，而“管脚”标签页存在的主要意义是， 将PCB封装中的管脚分配到“门管脚”组 。如果PCB封装中定义为“门管脚”组的管脚与CAE封装中包含的管脚数量不相同，在保存元件类型时会出现类似“门A封装LM1117具有3个端点，但门定义包含1个管脚”的错误信息。简单地说， 对于PCB封装中需要使用的管脚，通常需要将其分配到“门管脚”组 。当管脚被分配到“门管脚”组时，你还可以选择相应的管脚类型（并非必须）。当然，你也可以在创建或编辑CAE封装时设置管脚类型，只不过会使用单个字母显示，具体见表3.3（详情见3.3节）。如果元件相关的管脚非常多，且需要设置的类型信息也不少，你也可以创建一个.csv文件（使用Excel办公软件即可，只需要在另存为文件时选择保存类型为“*.csv”），并按照“管脚”标签页中定义的列名顺序输入管脚信息，具体如图3.38所示。然后再单击“管脚”标签页右侧的“导入CSV”按钮将该文件导入即可。

“信号管脚”组包括不会显示在任何门（CAE封装）上的管脚，电源与公共地管脚就是其中的典型。举个例子，现在决定创建74HC08的CAE封装，那么电源与公共地管脚应该怎么处理呢？你可以不在CAE封装中添加电源与地管脚，只是在“管脚”标签页中将其分配到“信号管脚”组即可。PADS Logic中的电源与地管脚的标准信号名称分别为“+5V”与“GND”（你可以在“名称”列中重新定义），如果原理图中存在相同的网络，则表示它们默认连接在一起，PADS自带的PREVIEW.SCH中的87C256、AM100415、PAL168R等元件的CAE封装中均未显示电源与地管脚，因为元件中已经将其分配到“信号管脚”组。当然，你可以在创建CAE封装时添加两个管脚以分别代表电源与地管脚。换言之，“信号管脚”组的使用并非必须，取决于工程师的设计习惯。

“未分配的管脚”组存在的意义又是什么呢？原则上， PADS要求PCB封装管脚编号必须与CAE封装完全对应 ，但是如果PCB封装的某些管脚本身并无电气特性（不需要进行网络连接），你就可以将其设置为“未分配的管脚”组。例如，有些PCB封装会存在一些定位孔，在实际制作时是通过修改焊盘栈参数得到的（即焊盘直径等于钻孔直径，详情见3.7.2小节中RJ45封装），所以也会存在相应的管脚编号，但你可以将其分配为“未分配的管脚”组，如此一来，在创建相应的CAE封装时，也就不需要为这些定位孔焊盘添加对应的管脚。当然，如果你选择将定位孔焊盘管脚分配到“门管脚”组，相应的CAE封装中也必须得存在对应的管脚。

“交换”列可以设置同一个门中管脚可以交换的组编码（后续简称为“交换ID”），取值范围在0～99之间。例如，在元件74HC08中，每个门都有两个输入，但是这两个输入管脚并无功能上的区别。在进行PCB设计时，你可能会为了布线方便将这两个管脚进行交换，此时即可使用管脚交换功能。如果你将某个管脚对应的交换ID设置为“0”，表示该管脚不能交换。如果你想使用管脚交换功能，只需要在管脚对应的“交换”列中填入“非0”数字即可， 交换ID相同即表示可以交换 。例如，多个管脚的“交换”列都设置为1（1～99之间的某个数字均可），表示这些管脚可以用于交换。值得一提的是，“门”标签页中的“交换”列也是相同的意思，只不过交换的对象是门。假设现在将74HC08的元件分割为4个门，从理论上来讲，其中的4个（逻辑）门可以交换，所以将“交换”列都设置为1即可。

“顺序”列用于标注每个门中管脚的数字（从1开始的整数），也就是在创建CAE封装时放置管脚的顺序，其与“管脚编号”并非相同的概念。例如，在分割为多个门的74HC08元件中，每个门中的管脚顺序都是从1开始，但是管脚编号却不会相同。也就是说，在门A中，顺序1代表的管脚编号可以是1（或其他），但在门B中，顺序1代表的管脚编号可能是4。

5.“属性”标签页

“属性”标签页可以为元件添加属性，如图3.39所示，你可以单击“添加”按钮创建新属性，也可以单击“浏览库属性”选择已经定义的属性，此处不再赘述。

6.“管脚映射”标签页

“管脚映射”标签页用于将含字母和数字的（alphanumeric）管脚编号映射到PCB封装中的数字（numeric）管脚编号，那么为什么要进行管脚映射呢？假设现在有一个三极管的PCB封装，为了能够在PCB文件中方便查看管脚对应的电极，你可能希望在PCB封装中显示字母B、E、C，而非数字1、2、3，具体怎么解决呢？你可以在创建PCB封装时使用字母对管脚进行编号即可！问题似乎解决了，但是如果明天又有一个使用相同封装的场效应管，其电极管脚的名称对应为G、S、D，那你还得再次创建一个完全相同的封装（仅管脚编号不同而已），如果后天再有另一个类似的元器件，你还是得老老实实地重复创建相同的PCB封装，对不对？然而请放心，还不到你最窝火的时候。三极管也对应多种不同的PCB封装，你后续同样也可能需要针对其他元器件再重复创建一遍，对不对？此时已经“疲于奔命”的你肯定很需要一套更加灵活的解决方案，既能够在PCB封装的管脚中显示字母（与数字），又能够减少创建PCB封装的工作量，对不对？管脚映射就是一种比较好的方案，此时，PCB封装管脚编号仍然还是使用纯数字，但你可以将其映射到 含字母（和数字） 的管脚编号，相应的效果如图3.40所示。

如果你想使用管脚映射功能，首先必须勾选“常规”标签页中的“定义元件类型管脚编号到PCB封装的映射”项，而且必须分配PCB封装后才能正常使用“管脚映射”标签页。以SOT-23封装映射管脚号为例，当你将SOT-23封装分配到元件后，“管脚”标签页中会出现3个管脚，其编号依次为1、2、3，你需要先将其分别修改为B、E、C，然后切换到“管脚映射”标签页，刚刚修改的B、E、C会出现在左侧“未映射的管脚”列表中，而右侧列表中的“封装”列管脚数量取决于分配的PCB封装，你只需要选中某个未映射的管脚，并将其分配到“元件类型”列即可，图3.41所示为管脚映射完成之后的效果。需要特别注意的是， 只有数字管脚编号连续的PCB封装才能进行正常映射，否则会出现错误提示对话框 。

7.“连接器”标签页

“连接器”标签页只有在打开（或创建新的）连接器封装时才会有效。连接器元件与多门CAE封装的元件（详情见3.3.3小节）有些相似，但是其并无门的概念（此时“门”标签页无效），所以也不需要分配CAE封装，因为每个管脚都算是一个门，这样可以将多个管脚分布式地放置在原理图中。与多门CAE封装的元件有所不同的是，连接器元件中每个管脚的参考编号以类似J1-1、J1-2、J1-3的形式增加，图3.42为PADS自带封装库“connector”中的连接器封装CON-SIP-1P，其中分配了5个管脚形式（相当于给一个门分配的多个CAE封装），当你将连接器放置在原理图中时，可以通过执行【右击】→【备选】（或快捷键“Ctrl+Tab”）切换管脚形式，详情见3.5节。

3.2.3 保存元件类型

元件类型信息设置完成后，单击“确定”按钮即可，如果弹出类似如图3.43所示的partedit.err文件，说明你设置的元件类型信息存在错误或警告，你应该至少将错误消除。“门A封装LM1117具有3个端点，但门定义包含2个管脚”表示给元件类型分配的CAE封装有3个端点（管脚），但是在“管脚”标签页中仅有2个管脚被分配到了“门管脚”组，这可能是因为PCB封装仅有2个管脚（即分配了错误的PCB封装），也可能是因为剩下的那个管脚被分配到了“未使用的管脚”组（即分配了错误的管脚组）。

如果元件类型设置不存在任何错误，只需要执行【文件】→【另存为】即可弹出如图3.44所示的“将元件和门封装另存为”对话框，从中设置保存的封装库、元件名及CAE封装名称，再单击“确定”按钮即可。 roWS7ptJ96+D8RId79DwchsIDNK3Y0YNQqC8i8DWSN9agYscw5PYCzBBvL3+XA+f