第05章印制电路板的设计.ppt
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1、第第5章章 印制电路板的设计印制电路板的设计5.1 印制电路板的设计步骤印制电路板的设计步骤5.2 创建创建PCB图文件图文件5.3 装载元件库装载元件库5.4 设置电路板工作层面设置电路板工作层面5.5 规划电路板规划电路板5.6 装入网络表与元件5.7 元元 件件 布布 局局5.8 自自 动动 布布 线线5.9 给电路板添加标注给电路板添加标注5.10 三三 维维 视视 图图5.11 PCB图的打印输出图的打印输出5.12 PCB图的报表生成图的报表生成5.1 印制电路板的设计步骤印制电路板的设计步骤设计印制电路板的大致步骤可以用下设计印制电路板的大致步骤可以用下面的流程图图面的流程图图5
2、-1来表示。来表示。图5-1 印制电路板的设计步骤 5.2 创建创建PCB图文件图文件新建一个新建一个PCB图文件可以进入设计文图文件可以进入设计文件夹件夹“【Document】”,执行菜单命令【,执行菜单命令【File】/【New】或在工作区内单击鼠标右】或在工作区内单击鼠标右键,选择【键,选择【New】选项,会弹出如图】选项,会弹出如图5-2所所示的选择文件类型的对话框。示的选择文件类型的对话框。双击该对话框中的【双击该对话框中的【PCB Document】图标,即可创建一个新的印制板电路图】图标,即可创建一个新的印制板电路图文件,默认的文件名为文件,默认的文件名为“PCB1.PCB”。在
3、。在工作窗口中该文件的图标上单击、或在设工作窗口中该文件的图标上单击、或在设计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键,即可进入如图键,即可进入如图5-3所示的印制电路板编所示的印制电路板编辑器。辑器。5.3 装载元件库装载元件库 在在浏浏览览器器的的组组合合框框中中,选选择择库库【Libraries】,如图】,如图5-4所示。所示。用鼠标左键单击【用鼠标左键单击【Add/Remove】按】按钮,将出现如图钮,将出现如图5-5所示的关于引入库文件所示的关于引入库文件的对话框。的对话框。5.4 设置电路板工作层面设置电路板工作层面5.4.1 有关电路板的几个基本概
4、念有关电路板的几个基本概念铜铜膜膜线线:简简称称导导线线,是是敷敷铜铜经经腐腐蚀蚀后后形形成成的的用用于于连连接接各各个个焊焊点点的的导导线线。印印刷刷电电路路板板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。的设计都是围绕如何布置导线来完成的。飞飞线线:用用来来表表示示连连接接关关系系的的线线。它它只只表表示示焊焊盘盘之之间间有有连连接接关关系系,是是一一种种形形式式上上的的连连接接,并并不不具具备备实实质质性性的的电电气气连连接接关关系系。飞飞线线在在手手工工布布线线时时可可起起引引导导作作用用,从从而而方方便便手手工工布布线线。飞飞线线是是在在引引入入网网络络表表后后生生成成的的,而而飞飞线线所所
5、指指的的焊焊盘盘间间一一旦旦完完成成实实质质性性的的电电气气连连接接,则则飞飞线线自自动动消消失失。当当同同一一网网络络中中,部部分分电电气气连连接接断断开开导导致致网网络络不不能能完完全全连连通通时时,系系统统就就又又会会自自动动产产生生飞飞线线提提示示电电路路不不通通。利利用用飞飞线线的的这这一一特特点点,可可以以根根据据电电路路板板中中有有无无飞飞线线来大致判断电路板是否已完成布线。来大致判断电路板是否已完成布线。焊焊盘盘、过过孔孔:焊焊盘盘(Pad)的的作作用用是是放放置置、连连接接导导线线和和元元件件引引脚脚。过过孔孔(Via)的的主主要要作作用用是是实实现现不不同同板板层层间间的的
6、电电气气连连接接。过过孔孔主要有主要有3种。种。穿穿透透式式过过孔孔(Through):从从顶顶层层一一直直打到底层的过孔。打到底层的过孔。半半盲盲孔孔(Blind):从从顶顶层层遇遇到到某某个个中中间间层层的的过过孔孔,或或者者是是从从某某个个中中间间层层通通到到底底层层的过孔。的过孔。盲盲孔孔(Buried):只只在在中中间间层层之之间间导导通通,而没有穿透到顶层或底层的过孔。而没有穿透到顶层或底层的过孔。单单面面板板:电电路路板板一一面面敷敷铜铜,另另一一面面没没有有敷敷铜铜,敷敷铜铜的的一一面面用用来来布布线线及及焊焊接接,另另一一面面放放置置元元件件。单单面面板板成成本本低低,但但只
7、只适适用用于于比比较简单的电路设计。较简单的电路设计。双双面面板板:电电路路板板的的两两面面都都敷敷铜铜,所所以以两两面面都都可可以以布布线线和和放放置置元元件件,顶顶面面和和底底面面之之间间的的电电气气连连接接是是靠靠过过孔孔实实现现的的。由由于于两两面面都都可可以以布布线线,所所以以双双面面板板适适合合设设计计比比较较复复杂杂的电路,应用也最为广泛。的电路,应用也最为广泛。多层板:多层板:不但可以在电路板的顶层和底层不但可以在电路板的顶层和底层布线,还可以在顶层和底层之间设置多个布线,还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面。用多层板可以可以布线的中间工作层面。用多层板可以设计
8、更加复杂的电路。设计更加复杂的电路。长度单位及换算:长度单位及换算:Protel 99 SE 的的PCB编编辑器支持英制(辑器支持英制(mil)和公制()和公制(mm)两种)两种长度计量单位。它们的换算关系是:长度计量单位。它们的换算关系是:100mils=2.54mm(其中(其中1000mils=1Inches)。)。执执行行菜菜单单命命令令【View】/【Toggle Units】就就能能实实现现这这两两种种单单位位之之间间的的相相互互转转换换。也也可可以以按按快快捷捷键键Q进进行行转转换换。转转换换后后工工作作区区坐坐标标的的单单位位和和其其他他长长度度信信息息的的单单位位都都会会转转换
9、为换为mm(或(或mil)。)。安全间距:安全间距:进行印刷电路板的设计时,进行印刷电路板的设计时,为了避免导线、过孔、焊点及元件的相互为了避免导线、过孔、焊点及元件的相互干扰,必须使它们之间留出一定的距离,干扰,必须使它们之间留出一定的距离,这个距离称之为安全间距(这个距离称之为安全间距(Clearance)。)。5.4.2 工作层面的类型工作层面的类型Protel 99 SE提提供供了了若若干干不不同同类类型型的的工工作作层层面面,包包括括信信号号层层(Signal layers)、内内部部电电源源/接接地地层层(Internal plane layers)、机机械械层层(Mechanic
10、al layers)、阻阻 焊焊 层层(Solder mask layers)、锡锡膏膏防防护护层层(Paste mask layers)、丝丝 印印 层层(Silkscreen layers)、钻钻孔孔位位置置层层(Drill Layers)和其他工作层面()和其他工作层面(Others)。)。下面介绍各工作层面的功能。下面介绍各工作层面的功能。1信号层(信号层(Signal layers)信号层主要是用来放置元件(顶层和信号层主要是用来放置元件(顶层和底层)和导线的。底层)和导线的。2内部电源内部电源/接地层(接地层(Internal plane layers)内部电源内部电源/接地层主要
11、用来放置电源接地层主要用来放置电源线和地线。线和地线。3机械层机械层(Mechanical layers)机械层一般用于放置有关制板和装配机械层一般用于放置有关制板和装配方法的信息。方法的信息。4阻焊层阻焊层(Solder mask layers)阻焊层有阻焊层有2个个Top Solder Mask(顶层(顶层阻焊层)和阻焊层)和Bottom Solder(底层阻焊层),(底层阻焊层),用于在设计过程中匹配焊盘,并且是自动用于在设计过程中匹配焊盘,并且是自动产生的。产生的。5锡膏防护层锡膏防护层(Paste mask layers)锡膏防护层的作用与阻焊层相似,锡膏防护层的作用与阻焊层相似,但
12、在使用但在使用“hot re-flow”(热对流)技(热对流)技术安装术安装SMD元件时,锡膏防护层用来元件时,锡膏防护层用来建立阻焊层的丝印。建立阻焊层的丝印。6丝印层(丝印层(Silkscreen layers)丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。置元件的编号或其他文本信息。7钻孔层(钻孔层(Drill layer)钻钻孔孔层层主主要要是是为为制制造造电电路路板板提提供供钻钻孔孔信信息息,该该层层是是自自动动计计算算的的。Protel 99 SE提提供供Drill guide和和Drill drawing两个钻孔层。两个钻孔层。8禁止
13、布线层禁止布线层(Keep Out Layer)禁止布线层用于定义放置元件和布线禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。区域的。9多层(多层(Multi layers)多层代表信号层,任何放置在多层上多层代表信号层,任何放置在多层上的元件会自动添加到所在信号层上,所以的元件会自动添加到所在信号层上,所以可以通过多层,将焊盘或穿透式过孔快速可以通过多层,将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。地放置到所有的信号层上。10DRC错误层错误层(DRC Errors)用于显示违反设计规则检查的信息。用于显示违反设计规则检查的信息。11连接层(连接层(Connection)该层用于显示元件、焊盘和
14、过孔等对该层用于显示元件、焊盘和过孔等对象之间的电气连线。象之间的电气连线。5.4.3 设置工作层面设置工作层面设置方法可以执行菜单命令【设置方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】,出现【】,出现【Document Option】对话框,选择其中的【】对话框,选择其中的【Layers】标签即】标签即可进入工作层面设置对话框,如图可进入工作层面设置对话框,如图5-7所示。所示。进入【进入【Option】选项卡,结果如】选项卡,结果如图图5-8所示。在该选项卡中可对【所示。在该选项卡中可对【Grid】(栅格)、【】(栅格)、【Electrical Grid】(电】(电气栅格)、【气
15、栅格)、【Measurement】(计量单】(计量单位)等选项进行设定。位)等选项进行设定。1设置信号层和内部电源设置信号层和内部电源/接地层接地层执行菜单命令【执行菜单命令【Design】/【Layer Stack Manager】,在屏幕上弹出如图】,在屏幕上弹出如图5-9所示的工作层面管理对话框。所示的工作层面管理对话框。2设置设置Mechanical layers执执行行菜菜单单命命令令【Design】/【Mechanical Layers】,弹弹出出如如图图5-11所所示示的的机机械械层层设设置置对对话话框框,单单击击【Mechanical】复复选选框框,可可打打开开机机械械层层,并
16、并可可设设置置机机械械层层名名称称等等参参数。数。设置完信号层、内部电源设置完信号层、内部电源/接地层和接地层和机械层后,设置工作层面对话框变为如图机械层后,设置工作层面对话框变为如图5-12所示。所示。5.5 规划电路板规划电路板所谓规划电路板,就是根据电路的规所谓规划电路板,就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求,具体确定所模以及公司或制造商的要求,具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。电路板规划的原则是在满足公司或制造商电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下,尽量美观且便于后面的的要求的前提下,尽量美观且便于后面的布线工作。布
17、线工作。首先设定当前的工作层面为【首先设定当前的工作层面为【Keep Out Layer】。单击下方的【】。单击下方的【KeepOutLayer】标签即可将当前的工作层】标签即可将当前的工作层面切换到面切换到Keep Out Layer层面,如图层面,如图5-13所示。在该层面上确定电路板的电气边界所示。在该层面上确定电路板的电气边界位置。位置。5.6 装入网络表与元件规划好电路板后,接着就是要装入网规划好电路板后,接着就是要装入网络表和元件。网络表和元件是同时装入的。络表和元件。网络表和元件是同时装入的。网络表与元件的装入过程,实际上就是将网络表与元件的装入过程,实际上就是将原理图设计的数据
18、装入印制电路板的设计原理图设计的数据装入印制电路板的设计系统系统PCB的过程。的过程。一一、利利用用设设计计同同步步器器装装入入网网络络表表和和元元件件的的具体操作步骤如下。具体操作步骤如下。在原理图编辑器中执行菜单命令【在原理图编辑器中执行菜单命令【Design】/【Update PCB】,出现如图】,出现如图5-17所示的对话框。所示的对话框。二二、利利用用原原理理图图生生成成的的网网络络表表文文件件装装入入网网络表和元件。络表和元件。生生成成网网络络表表的的方方法法,可可以以在在原原理理图图的的设设计计的的工工作作环环境境下下,执执行行菜菜单单命命令令【Design】/【Create N
19、etlist】,可可以以看看到到随随后后会会出出现网络表文件现网络表文件“*.net”。在利用网络表文件装入网络表和元件在利用网络表文件装入网络表和元件时,可以在时,可以在PCB编辑器中执行菜单命令【编辑器中执行菜单命令【Design】/【Load Nets】,出现如图】,出现如图5-22所示的装入网络表的对话框。所示的装入网络表的对话框。5.7 元元 件件 布布 局局5.7.1 元件的自动布局元件的自动布局Protel 99 SE提供了强大的元件自动提供了强大的元件自动布局的功能,可以通过程序算法自动将元布局的功能,可以通过程序算法自动将元件分开,放置在规划好的电路板电气范围件分开,放置在规
20、划好的电路板电气范围内。元件自动布局的实现方法可以执行菜内。元件自动布局的实现方法可以执行菜单命令【单命令【Tppls】/【Auto Placement】/【Auto Placer】,出现如图】,出现如图5-27所示的对所示的对话框。话框。对话框中选项的定义如下。对话框中选项的定义如下。【Cluser Placer】:】:成组布局方式。成组布局方式。【Statistical Placer】:】:统计布局方式。统计布局方式。【Quick Component Placement】:】:快速元件布局。快速元件布局。【Group Components】:该该选选项项的的功功能能是是将将当当前前网网络络
21、中中连连接接密密切切的的元元件件归归为为一一组组。排排列列时时该该组组的的元元件件将将作作为为整整体体考考虑虑,默默认认状态为选中。状态为选中。【Rotate Component】:该该选选项项的的功功能能是是根根据据当当前前网网络络连连接接与与排排列列的的需需要要使使元元件件或或元元件件组组旋旋转转方方向向。若若未未选选中中该该选选项项则则元元件将按原始位置放置。默认状态为选中。件将按原始位置放置。默认状态为选中。【Power Nets】:电电源源网网络络名名称称。这这里里将网络设定为将网络设定为“VCC”。【Ground Nets】:接地网络名称。这】:接地网络名称。这里将接地网络设定为里
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