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第第8章章 PCB印制电路板基础印制电路板基础 8.1 印制电路板基础印制电路板基础8.2 进入进入PCB设计编辑器设计编辑器8.3 设置电路板工作层设置电路板工作层8.4 设置设置PCB电路设计参数电路设计参数8.5 PCB电路设计步骤电路设计步骤 在实际电路设计中，完成原理图绘制后，在实际电路设计中，完成原理图绘制后，最终需要将电路中的实际元件安装在印制最终需要将电路中的实际元件安装在印制电路板（电路板（Printed Circuit BoardPrinted Circuit Board，简称，简称PCBPCB）上。）上。原理图原理图的绘制解决了电路的的绘制解决了电路的逻辑逻辑连接连接，而电路元件的，而电路元件的物理连接物理连接是靠是靠PCBPCB上的上的铜箔实现。铜箔实现。8.1 印刷电路板基础印刷电路板基础8.1.1 印刷电路板的结构印刷电路板的结构1.单面板：单面板：仅一面敷铜，只能在敷铜的一仅一面敷铜，只能在敷铜的一面布线，布线困难，需要跳线连接不能面布线，布线困难，需要跳线连接不能连通的铜膜线。连通的铜膜线。2.双面板：双面敷铜，双面都可以布线。双面板：双面敷铜，双面都可以布线。3.多面板：三层以上的电路板，即包括内多面板：三层以上的电路板，即包括内层的电路板。层的电路板。8.1.2 元件封装元件封装1.定义定义 元元件件封封装装是是指指实实际际元元件件焊焊接接到到电电路路板板上上时时所所指指示示的的外外观观和和焊焊盘盘位位置置。封封装装仅仅仅仅是是空空间间的的概概念念，不不同同的的元元件件可可以以使使用用同同一一个个元元件件封封装装，同同种种元元件件也也可可以以有有不同的封装形式。不同的封装形式。2.元件封装和原理图元件的关系元件封装和原理图元件的关系 原理图中的元件是元件符号，表示单元电路功原理图中的元件是元件符号，表示单元电路功能模块，和实际的物理元件没有关系；能模块，和实际的物理元件没有关系；PCB设计中设计中的元件封装是实际元件的物理尺寸。的元件封装是实际元件的物理尺寸。属性对应关系属性对应关系 原理图元件原理图元件 元件封装元件封装封装封装Footprint 封装封装Footprint 流水号流水号Designator 流水号流水号Designator 元件类型元件类型Part Type 注释注释Comment3.元件封装的分类元件封装的分类插插针针式式封封装装（THTTHT）：安安装装焊焊接接时时，元元件件引引脚脚将将通通过过焊焊盘盘中中心心孔孔穿穿过过PCB板板，焊焊盘盘层层属属性性是是MultiLayerMultiLayer表表贴贴式式封封装装（SMTSMT）：安安装装焊焊接接时时，引引脚脚是是贴贴附附在在PCB板板表表面面上上的的，焊焊盘盘层层属属性性必必须须为为单单一一表面（表面（ToplayerToplayer或或BottomlayerBottomlayer)元元 件件 的的 封封 装装4.元件封装的名称元件封装的名称 元件类型焊盘距离（焊盘数）元件外形尺寸元件类型焊盘距离（焊盘数）元件外形尺寸 如如电电阻阻的的封封装装AXIAL0.3中中的的0.3表表示示管管脚脚间间距距为为0.3英英寸寸或或300mil（1英英寸寸=1000mil）；双双列列直直插插式式IC的的封封装装DIP8中中的的8表表示示集集成成块块的的管管脚脚数为数为8。封装类型封装类型封装名称封装名称说明（单位英寸）说明（单位英寸）电电阻阻类类无源元件无源元件AXIAL0.3AXIAL1.0数字表示数字表示焊盘间焊盘间距距无源无源电电容元件容元件RAD0.1RAD0.4数字表示数字表示焊盘间焊盘间距距有源有源电电容元件容元件RB.2/.4RB.5/1.0斜杠前的数字表示斜杠前的数字表示焊盘焊盘间间距，斜杠后的数字表距，斜杠后的数字表示示电电容外直径容外直径二极管二极管DIODE0.4、DIODE0.7数字表示数字表示焊盘间焊盘间距距晶体管晶体管TO-xxx或或TOxxxxxx表示晶体管的表示晶体管的类类型型可可变电变电阻阻VR1VR5 双列直插式元件双列直插式元件DIP-xx或或DIPxxxx表示引脚个数表示引脚个数单单列直插式元件列直插式元件SIP-xx或或SIPxxxx表示引脚个数表示引脚个数石英晶体石英晶体XTAL1常见元件封装常见元件封装8.1.3 PCB中的其它设计对象中的其它设计对象1.铜膜导线（铜膜导线（Track）铜膜导线：铜膜导线：连接焊盘的铜线，具有电气连接焊盘的铜线，具有电气连接意义；连接意义；飞线（预拉线）：飞线（预拉线）：在电路进行自动布线时，供观察用的类似橡皮筋的网络连线，网络飞线不是实际连线，没有电气连接意义。2.焊盘（焊盘（Pad）焊盘用于放置焊锡、连接导线和元件引焊盘用于放置焊锡、连接导线和元件引脚。脚。焊盘的分类焊盘的分类插针式：插针式焊盘必须钻孔插针式：插针式焊盘必须钻孔表贴式：表面贴片式焊盘无须钻孔表贴式：表面贴片式焊盘无须钻孔钻孔 插针式焊盘 表面贴片式焊盘图4-3 焊盘示意图3.过孔（过孔（Via）用于连通不同板层上的铜膜导线。用于连通不同板层上的铜膜导线。过孔的分类过孔的分类穿透式（穿透式（ThroughThrough）过孔：是穿通所有敷铜层的过孔。过孔：是穿通所有敷铜层的过孔。盲孔（盲孔（BlindBlind）/半隐藏式过孔：从顶层到内层或从内半隐藏式过孔：从顶层到内层或从内层到底层的过孔。层到底层的过孔。埋孔（埋孔（BuriedBuried）/隐藏式过孔：在内层之间的过孔。隐藏式过孔：在内层之间的过孔。4.填充（填充（Fill）用于制作用于制作PCB插件的接触面或大面积电源插件的接触面或大面积电源或地。或地。5.多边形铺铜（多边形铺铜（Polygon Plane）用于大面积电源或接地，增强系统抗干扰用于大面积电源或接地，增强系统抗干扰性。性。8.2 进入进入PCB设计编辑器设计编辑器1.方法方法File/New 菜单菜单选择选择PCB Document图标图标 双击进入设计界面双击进入设计界面File/New 菜单菜单 Wizard页面页面双击双击Printed Circuit Board Wizard图标图标参数参数设置设置进进入入PCB管理器封装库浏览器元件封装名称浏览器元件封装浏览器当前工作层工 作 区2.编辑器界面缩放（编辑器界面缩放（P143）3.工具栏（工具栏（P144）8.3 设置电路板工作层设置电路板工作层 板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的几层板是指敷铜层的层数。一般敷铜层上放置几层板是指敷铜层的层数。一般敷铜层上放置焊盘、导线等完成电气连接；在非敷铜层上放焊盘、导线等完成电气连接；在非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等；还有一些层面置元件描述字符或注释字符等；还有一些层面用来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产。用或指导生产。敷铜层敷铜层包括顶层（又称元件面）、底层包括顶层（又称元件面）、底层（又称焊接面）、中间层、电源层、地线层等；（又称焊接面）、中间层、电源层、地线层等；非敷铜层非敷铜层包括印记层（又称丝网层）、禁止布包括印记层（又称丝网层）、禁止布线层、阻焊层、助焊层、钻孔层等。线层、阻焊层、助焊层、钻孔层等。Protel 99SE提供提供32个信号层、个信号层、16个内层、个内层、16个机械层及其它多个非布线层。个机械层及其它多个非布线层。8.3.1 层管理器层管理器 执行执行Design Layer Stack Manager菜单命菜单命令，屏幕弹出令，屏幕弹出Layer Stack Manager（工作层面（工作层面管理）对话框。管理）对话框。图4-19 工作层面管理对话框（1）按钮功能按钮功能【Add Layer】按钮可在顶层之下添加中间层按钮可在顶层之下添加中间层Mid Layer，共可添加共可添加30层；层；【Add Plane】按钮可添加内部电源按钮可添加内部电源/接地层，共接地层，共可添加可添加16层。层。如果要删除某层，可以先选中该层，然后单击如果要删除某层，可以先选中该层，然后单击【Delete】按钮；按钮；单击单击【Move Up】按钮或按钮或【Move Down】按钮可按钮可以调节工作层面的上下关系。以调节工作层面的上下关系。选中某个工作层，单击选中某个工作层，单击【Properties】按钮，可以按钮，可以改变该工作层面的名称（改变该工作层面的名称（Name）和敷铜的厚度和敷铜的厚度（Copper thickness）。）。（2）Menu菜单菜单 见见P146图图8-17图4-20 定义工作层8.3.2 层的分类层的分类信号层信号层(Signal layers)。信号层主要用于放置与信。信号层主要用于放置与信号有关的电气元素，共有号有关的电气元素，共有32个信号层。个信号层。其中顶层其中顶层（Top layer）和底层（）和底层（Bottom layer）可以放置元件）可以放置元件和铜膜导线，其余和铜膜导线，其余30个为中间信号层（个为中间信号层（Mid layer130），只能布设铜膜导线，置于信号层上的元件焊），只能布设铜膜导线，置于信号层上的元件焊盘和铜膜导线代表了电路板上的敷铜区。盘和铜膜导线代表了电路板上的敷铜区。内部电源内部电源/接地层接地层(Internal plane layers)。共有。共有16个电源个电源/接地层（接地层（Plane116），主要用于布设电源），主要用于布设电源线及地线线及地线，可以给内部电源，可以给内部电源/接地层命名一个网络接地层命名一个网络名，在设计过程中名，在设计过程中PCB编辑器能自动将同一网络上编辑器能自动将同一网络上的焊盘连接到该层上。的焊盘连接到该层上。幻灯片幻灯片 12 机械层机械层(Mechanical layers)。共有共有16个机械层（个机械层（Mech116），一般用于设置印制板的机械外形尺寸、数据），一般用于设置印制板的机械外形尺寸、数据标记、装配说明及其它机械信息。标记、装配说明及其它机械信息。丝印层丝印层(Silkscreen layers)。主要用于放置元件的外形主要用于放置元件的外形轮廓、元件标号和元件注释等信息，包括顶层丝印层轮廓、元件标号和元件注释等信息，包括顶层丝印层(Top Overlay)和底层丝印层（和底层丝印层（Bottom Overlay）两种。）两种。助焊膜层（助焊膜层（Solder Mask layers）。）。涂在焊盘上，提高涂在焊盘上，提高可焊性能。分为顶层助焊层和底层助焊层。可焊性能。分为顶层助焊层和底层助焊层。(6)阻焊膜层（阻焊膜层（Paste Mask Layers）。）。涂在焊盘以外的地涂在焊盘以外的地方，阻止这些部位上锡。分为顶层阻焊层和底层阻焊方，阻止这些部位上锡。分为顶层阻焊层和底层阻焊层。层。(7)禁止布线层（禁止布线层（Keep Out Layer）。）。禁止布线层禁止布线层定义放置元件和布线区域范围，一般禁止布线定义放置元件和布线区域范围，一般禁止布线区域必须是一个封闭区域。区域必须是一个封闭区域。(8)多层（多层（Multi Layer）。）。用于放置电路板上所有用于放置电路板上所有的穿透式焊盘和过孔。的穿透式焊盘和过孔。(9)钻孔层（钻孔层（Drill Layers）。）。钻孔层提供制造过程钻孔层提供制造过程的钻孔信息，包括钻孔指示图（的钻孔信息，包括钻孔指示图（Drill Guide）和）和钻孔图（钻孔图（Drill Drawing）。）。8.3.3 层的设置层的设置1.用用 Layer Stack Manager层管理器设置内层管理器设置内层及多层板层及多层板 执行执行Design Layer Stack Manager菜单命令。菜单命令。图4-19 工作层面管理对话框2.用用菜单命令菜单命令Design Options打开或关闭层打开或关闭层（P147图图8-18）3.用用菜单命令菜单命令Design Mechanical Layers设置机设置机械层（械层（P148图图8-19）4.当前工作层选择当前工作层选择 在布线时，必须先选择相应的工作层，在布线时，必须先选择相应的工作层，然后再进行布线。然后再进行布线。设置当前工作层可以用鼠标左键单设置当前工作层可以用鼠标左键单击工作区下方工作层标签栏上的某一个工击工作区下方工作层标签栏上的某一个工作层实现，如图所示。作层实现，如图所示。图4-24 设置当前工作层8.4 设置设置PCB电路设计参数电路设计参数8.4.1 用用Design Options菜单命令设置板层和栅格菜单命令设置板层和栅格1.Layers选项卡选项卡（1）打开或关闭板层）打开或关闭板层（2）System区域区域选中选中DRC Error将违反设计规则的图件显示为高将违反设计规则的图件显示为高亮度；亮度；选中选中Connect显示网络飞线；显示网络飞线；选中选中Pad Holes显示焊盘的钻孔；显示焊盘的钻孔；选中选中Via Holes显示过孔的钻孔。显示过孔的钻孔。可视栅格设置可视栅格设置Visible 1：第一组可视栅格间距，这组可视栅格第一组可视栅格间距，这组可视栅格只有在工作区放大到一定程度时才会显示，一只有在工作区放大到一定程度时才会显示，一般比第二组可视栅格间距小；般比第二组可视栅格间距小；Visible 2：第二组可视栅格间距，进入第二组可视栅格间距，进入PCB编辑编辑器时看到的栅格是第二组可视栅格。器时看到的栅格是第二组可视栅格。2.Options选项卡选项卡Snap X(Y）：）：设置光标在设置光标在X(Y)方向上的位移量。方向上的位移量。Component X(Y)：设置元件在设置元件在X(Y)方向上的位方向上的位移量。移量。电气栅格设置。必须选中电气栅格设置。必须选中Electrical Grid复选框，复选框，再设置电气栅格间距。再设置电气栅格间距。可视栅格样式设置。有可视栅格样式设置。有Dots(点状点状)和和Lines(线状线状)两种。两种。在在Measurement Units中选择所用的单位制，有中选择所用的单位制，有Imperial（英制）和英制）和Metric（公制）两种（公制）两种（执行执行View Toggle Units也可以实现英制和公制的切也可以实现英制和公制的切换换）。）。8.4.2 用用Tools Preferences菜单命令设置画图菜单命令设置画图环境环境Options选项卡：设置特殊功能选项卡：设置特殊功能Display选项卡：设置屏幕显示和元件显示模选项卡：设置屏幕显示和元件显示模式式Colors选项卡：选项卡：设置层的颜色设置层的颜色Show/Hide选项卡：设置各种图形的显示模选项卡：设置各种图形的显示模式式8.5 电路板设计步骤电路板设计步骤1）绘制原理图，进行电气规则检查（）绘制原理图，进行电气规则检查（ERC），），生成网络表；生成网络表；2）规划电路板（生成）规划电路板（生成PCB文件，确定电路文件，确定电路板层数，画板框）；板层数，画板框）；3）设置）设置PCB图纸的参数；图纸的参数；4）装载封装库；）装载封装库；5）调入网络表；）调入网络表；6）元件封装布局；）元件封装布局；7）设置自动布线规则，自动布线；）设置自动布线规则，自动布线；8）调整与修改；）调整与修改；9）存盘及打印输出。）存盘及打印输出。