印制电路板图的设计环境及设置幻灯片.ppt

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1、印制电路板图的设计环境及设置第1页，共59页，编辑于2022年，星期五5.1 印制电路板概述印制电路板简称为PCB（PrintedCircuitBoard），又称印制版，是电子产品的重要部件之一。电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。5.1.1印制电路板结构印制电路板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜及焊锡等。一般来说，可分为单面板、双面板和多层板。1单面板单面板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面放置元件和布线，适用于简单的电路。第2页，共59页，编辑于2022年，星期五 2双面板双面板双面板包括顶层（To

2、pLayer）和底层（BottomLayer）两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板。3多层板多层板多层板一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。第3页，共59页，编辑于2022年，星期五5.1.2元件封装元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，

3、元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。1元件封装的分类（1）插针式元件封装，如图5.1所示。插针式元件在焊接时先将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于插针式元件封装的焊盘导孔贯穿整个电路板，所以在其焊盘的属性对话框中，“Layer”板层属性必须为“MultiLayer”（多层）。（2）表贴式元件封装，如图5.2所示。SMD元件封装的焊盘只限于表面板层。第4页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.1插针式元件封装第5页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.2表贴式元件封装第6页，共59页，编辑于2022年，星期五在其焊盘的属性对话框中，“Layer”板层属性

4、必须为单一表面，即“TopLayer”（顶层）或者“BottomLayer”（底层）。在PCB板设计中，常将元件封装所确定的元件外形和焊盘简称为Component(元件)。2元件封装的编号元件封装的编号元件封装的编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件封装的编号规格。如AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间距为400mil（约等于10mm）；DIP16表示双列直插式的器件封装，两排共16个引脚。第7页，共59页，编辑于2022年，星期五5.1.3印制电路板图的基本元素l包括元件封装、铜膜导线、助焊膜和阻焊膜、层、焊盘和过孔、丝印层。1元

5、件封装常见元件的封装介绍如下：（1）插针式电阻封装系列名为“AXIALxxx”，其中“AXIAL”表示轴状的包装方式；AXIAL后的“xxx”（数字）表示该元件两个焊盘间的距离。后缀数越大，其形状越大。如图5.3所示。图5.3轴状元件封装第8页，共59页，编辑于2022年，星期五（2）扁平状电容常用“RADxxx”作为无极性电容元件封装，如图5.4所示。图5.4扁平元件封装第9页，共59页，编辑于2022年，星期五（3）园筒状封装常用“RBx/x”作为有极性的电解电容器封装，“RB”后的两个数字，分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径，单位是in（英寸），如图5.5所示。图5.5圆筒状封装第10页，

6、共59页，编辑于2022年，星期五（4）二极管类元件常用封装系列名称为“DIODExxx”，其中“xxx”表示功率，如图5.6所示。图5.6二极管类元件封装第11页，共59页，编辑于2022年，星期五（5）三极管类元件常用封装系列名称为“TOxxx”，其中“xxx”表示三极管类型，如图5.7所示。图5.7三极管类元件封装第12页，共59页，编辑于2022年，星期五 2铜膜导线铜膜导线简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。另外有一种线为预拉线，常称为飞线，飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。飞线与导线有本质

7、的区别，飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。第13页，共59页，编辑于2022年，星期五 3助焊膜和阻焊膜助焊膜和阻焊膜 助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜是为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。4层层Protel的“层”是印制板材料本身实实在在的铜箔层。目前，一些较新的电子产品中所用的印制板

8、不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层，并常用大面积填充的办法来布线。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔（Via）”来沟通。第14页，共59页，编辑于2022年，星期五注意：一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。5焊盘和过孔焊盘和过孔焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。过孔的作用是连接不同板层的导线。过孔有3种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底

9、层的盲过孔以及内层间的隐蔽过孔。第15页，共59页，编辑于2022年，星期五过孔从上面看上去，有两个尺寸，即通孔直径和过孔直径，通孔和过孔之间的孔壁，由与导线相同的材料构成，用于连接不同层的导线。6丝印层丝印层为方便电路的安装和维修，需要在印制板的上下两表面印制上所需要的标志图案和文字代号，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就是丝印层(SilkscreenTop/BottomOverlay)。第16页，共59页，编辑于2022年，星期五5.2 PCB文件的建立和保存l5.2.1新建PCB文件进入Protel99SE系统后，首先从File菜单中打开一个已存在的设计库，

10、或执行FileNew命令建立新的设计管理器。进入设计管理器后，执行菜单命令“FileNew”，打开新建文件对话框，如图5.8所示。选取该对话框中的PCBDocument图标，单击“OK”按钮；或直接双击“PCBDocument”图标即可创建一个新的PCB文件，新建的PCB文件的文件名默认为“PCB1”，这个文件将包含在当前的设计库中，此时用户可输入新的文件名，然后按Enter键。双击新建文件图标，则进入到印制电路板编辑窗口，如图5.9所示。第17页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.8新建文件对话框第18页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.9印制电路板编辑窗口第19页，共59页，

11、编辑于2022年，星期五5.2.3保存PCB文件保存PCB文件的方法有多种：l执行菜单命令“Filesave”，保存PCB文件；l单击工具栏中的保存按钮，保存当前正编辑的PCB文件；l执行菜单命令“FileSaveAll”，保存所有文件。另外，Protel99SE还可以将PCB文件存为其他格式的文件。第20页，共59页，编辑于2022年，星期五5.3 PCB编辑器的工具栏及视图管理5.3.1PCB编辑器的工具栏Protel99SE为PCB设计提供了4个工具栏，包括MainToolbar（主工 具 栏）、Placement Tools（放 置 工 具 栏）、ComponentPlacement（

12、元件布置工具栏）和FinkSelections（查找选取工具栏）。1主工具栏主工具栏 该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮，如图5.14所示。图5.14主工具栏第21页，共59页，编辑于2022年，星期五主工具栏打开与关闭操作：通过选择“View”菜单，然后在弹出的下拉菜单中选择“Toolbars”选项，之后在弹出的第二层下拉菜单中选择“MainToolbar”命令，如图5.15所示。若主工具栏当前处于打开状态，执行上述命令则将其关闭，若再次执行此命令，则可将其打开。图5.15视图菜单第22页，共59页，编辑于2022年，星期五调整主工具栏的放置位置：将鼠标指针移到主工具栏中的任一按钮

13、上，单击鼠标右键，就会弹出一个快捷菜单，如图5.16所示。执行某个快捷菜单命令，就可以将主工具栏放置在窗口的左边、右边、顶部、底部或隐藏。图5.16快捷菜单第23页，共59页，编辑于2022年，星期五 2放置工具栏放置工具栏放置工具栏是通过执行“ViewToolbarsPlacementTools”菜单命令来进行打开或关闭的，打开的放置工具栏如图5.17所示。该工具栏主要提供图形绘制以及布线命令。图5.17放置工具栏第24页，共59页，编辑于2022年，星期五5.3.2PCB编辑器的视图管理拖动视图的操作方法是：当PCB编辑器处于空闲状态时，即不处于布线、放置实体等任何命令状态时，按住鼠标的右

14、键不放，此时光标指针变成了一个手的形状。拖动鼠标（此时画面一起移动）到编辑区合适的位置，然后松开鼠标右键，即可改变视图中对象在编辑区中的位置。第25页，共59页，编辑于2022年，星期五5.5 设置电路板工作层Protel99SE现扩展到32个信号层，即顶层，底层和30个中间层，可得到16个内部板层和16个机械板层。在实际的设计过程中，几乎不可能打开所有的工作层，这就需要用户设置工作层，将自己需要的工作层打开。5.5.1 Protel 99 SE工作层的类型工作层的类型在PCB设计环境下，直接选择主菜单“Design（设计）”下的“Options（选项）”命令。就可以看到如图5.37所示的工作

15、层设置对话框。此对话框分为“Layers”板层标签页和“Options”选项标签页。第26页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.37工作层设置对话框第27页，共59页，编辑于2022年，星期五Layers标签页包括8个区域，用于设置各板层的打开状态。如果需要打开某一个信号层，可以用鼠标单击该信号层名称，当其名称左边的复选框出现“”号时表示该信号层处于打开显示状态。再单击时“”号将消失，相应的信号层也会关闭。其内容分述如下：1.“SignalLayers”信号板层信号板层主要是电气布线的敷铜板层，用于放置与信号有关的电气元素。如TopLayer（顶层）用作放置元件面；BottomLayer

16、（底层）用作焊锡面；MidLayer为中间工作层，用于布置信号线。第28页，共59页，编辑于2022年，星期五 2“Internal Plane”内部板层内部板层内部板层主要是用于布置电源和接地线。如果用户设置了内层电源/接地层，则会显示内部的层面，否则不会显示。3“Mechanical Layers”机械板层机械板层制作PCB时，系统默认的信号层为两层，所以机械层默认时只有一层，不过可以设置更多的机械层，在Protel99SE中最多可以设置16个机械层。4“Masks”助焊膜及阻焊膜助焊膜及阻焊膜Protel 99 SE提供：Top Solder Mask(顶层助焊膜)、BottomSold

17、erMask（底层助焊膜）、TopPasteMask(顶层阻焊膜)、BottomPasteMask（底层阻焊膜）。第29页，共59页，编辑于2022年，星期五5“Silkscreen”丝印层丝印层主要用于绘制元件外形轮廓以及标识元件标号等，主要包括顶层丝印层（Top）、底层丝印层（Bottom）两种。6“Other”其他工作层其他工作层Other有4个复选框，各复选框的意义如下：lKeepout（禁止布线层）：选中表示打开禁止布线层，用于设定电气边界，此边界外不能布线。lMultilayer（多层）：选中表示打开多层（通孔层）；若不选择此项，焊盘、过孔将无法显示出来。lDrillguide：主

18、要用来选择绘制钻孔导引层。lDrilldrawing：主要用来选择绘制钻孔图层。第30页，共59页，编辑于2022年，星期五7.“System”系统设置系统设置系统设置设计参数的各选项如下：lDRCErrors：用于设置是否显示自动布线检查错误信息。lConnections：用于设置是否显示飞线，在绝大多数情况下都要显示飞线。lPadHoles：用于设置是否显示焊盘通孔。lViaHoles：用于设置是否显示过孔的通孔。lVisibleGrid1：用于设置是否显示第一组栅格。lVisibleGrid2：用于设置是否显示第二组栅格。在图5.34中，还有3个按键，即“AllOn（全开）”，“AllO

19、ff（全关）”和“UsedOn（用了才开）”。图5.34是双层板的建议性选项设置。第31页，共59页，编辑于2022年，星期五5.5.3工作层参数的设置选择菜单“Design/Options”命令，在系统弹出的“DocumentOptions”文档选项对话框中选择“Options”标签页，如图5.38所示。在该对话框中可以进行工作层参数的设置。1“Grids”栅格设置栅格设置（1）SnapX、SnapY：设定光标每次移动（分别在X方向、Y方向）的最小间距。可以直接输入数据来设置，也可以在下拉式菜单中选择一个合适的值。还可以在设计窗口直接单击鼠标右键，用菜单选择“SnapGrid（栅格间距）”来

20、设置。（2）ComponentX、ComponentY：设定对元器件移动操作时，光标每次在X方向、Y方向移动的最小间距。（3）VisibleKind：设定栅格显示方式。其中有两种方式选择：即Lines（线状）和Dots（点状），在下拉菜单中选择一种即可。第32页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.38文档选项对话框第33页，共59页，编辑于2022年，星期五2“ElectricalGrid”电气栅格设置电气栅格就是在走线时，当光标接近焊盘或其他走线一定距离时，即被吸引而与之连接，同时在该处出现一个记号。如果选中“ElectricalGrid”，表示具有自动捕捉焊盘的功能。Range（范围

21、）用于设置捕捉半径。若取消该功能，只需将“ElectricalGrid”前的勾号去掉。建议使用该功能。3“Measurement Unit”度量单位度量单位系统提供了两种度量单位，即Imperial(英制)和Metric（公制），系统默认为英制。公制单位的选择为我们在确定印制电路板尺寸和元件布局上提供了方便。英制与公制之间的关系是：1inch=2.54mm1inch=1000mil1mil=0.0254mm1mm=40mil第34页，共59页，编辑于2022年，星期五5.6 规划电路板和电气定义规划电路板有两种方法：一种是手动设计规划电路板和电气定义，另一种是利用“电路板向导”。5.6.1手动

22、规划电路板手动规划电路板就是在禁止布线层（KeepOutLayer）上用走线绘制出一个封闭的多边形（一般情况下绘制成一个矩形），多边形的内部即为布局的区域。1规划电路板并定义电气边界的一般步骤：（1）单击编辑区下方的标签KeepOutLayer,将禁止布线层设置为当前工作层,如图5.39所示。图5.39当前工作层设置为禁止布线层第35页，共59页，编辑于2022年，星期五（2）执行菜单命令“PlaceTrack”或者单击放置工具箱上的“Track”图标。（3）执行命令后，光标会变成十字。将光标移动到适当的位置，单击鼠标左键，即可确定第一条边的起点。然后拖动鼠标，将光标移动到合适位置，单击鼠标左

23、键，即可确定第一条边的终点。（4）用同样的方法绘制其他3条板边，并对各边进行精确编辑，使之首尾相连。最后绘制一个封闭的多边形。如图5.40所示。（5）单击鼠标右键或按下Esc键取消布线状态。图5.40电路板形状第36页，共59页，编辑于2022年，星期五 2查看电路板查看电路板执行“ReportsBoardInformation”命令，如图5.41所示，或先后按下R、B字母键。都将弹出图5.42所示的对话框，在对话框的右边有一个矩形尺寸示意图，所标注的数值就是实际印制电路板的大小（即布局范围的大小）。图5.41印版图信息菜单第37页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.42印制电路板信息第

24、38页，共59页，编辑于2022年，星期五5.6.2使用向导生成电路板使用向导生成电路板就是系统自动对新PCB文件设置电路板的参数，形成一个具有基本框架的PCB文件。具体操作过程如下：（1）打开或者创建一个用于存放PCB文件的设计数据库；（2）执行“FileNew”命令，在弹出的对话框中选择“Wizards”选项卡，如图5.43所示。（3）选择对话框中创建PCB的“PrintedCircuitBoardWizard”（印制板向导）图标，单击“OK”按钮，进入向导的下一步，系统将弹出如图5.44所示的对话框。（4）单击“Next”按钮，系统弹出如图5.45所示选择预定义标准板对话框，就可以开始设

25、置印制板的相关参数。（5）如果选择了CustomMadeBoard，则单击“Next”按钮，系统将弹出如图5.46所示设定板卡的相关属性对话框。第39页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.43Wizard选项卡第40页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.44生成电路板向导第41页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.45选择预定义标准板对话框第42页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.46自定义板卡的参数设置对话框第43页，共59页，编辑于2022年，星期五设置完毕后，系统将弹出如图5.47所示对话框，此时可以设置板卡的一些相关的产品信息，而所填写的资料将被放在电路板的第

26、四个机械层里。图5.47板卡产品信息对话框第44页，共59页，编辑于2022年，星期五如果第5步了标准板，则单击“Next”按钮后系统会弹出如图5.48所示对话框，此时可以选择自己需要的板卡类型。设置完后单击“Next”按钮也会弹出如图5.47所示对话框。图5.48选择印制电路对话框第45页，共59页，编辑于2022年，星期五(6)单击“Next”按钮后，系统弹出如图5.49所示对话框，可以设置电路板的工作层数和类型，以及电源/地层的数目等。图5.49选择电路板工作层第46页，共59页，编辑于2022年，星期五（7）单击“Next”按钮后，系统将弹出如图5.50所示对话框，此时可以设置过孔类型

27、。其中“ThruholeViasonly”表示过孔穿过所有板层，“BlindandBuriedViasonly”表示过孔为盲孔，不穿透电路板。图5.50设置过孔类型第47页，共59页，编辑于2022年，星期五（8）单击“Next”按钮后，系统弹出如图5.51所示对话框，此时可以指定该电路板上以哪种元器件为主，其中“Surface-mountcomponents”选项是以表面粘贴式元器件为主，而“Through-holecomponents”选项是以插针式元器件为主。图5.51选择哪种元器件第48页，共59页，编辑于2022年，星期五（9）单击“Next”按钮，系统将弹出如图5.52对话框，此时

28、可以设置最小的导线尺寸、过孔直径和导线间的安全距离。图5.52设置最小的尺寸限制第49页，共59页，编辑于2022年，星期五（10）单击“Next”按钮后，弹出如图5.53所示完成对话框，此时单击“Finish”按钮完成生成印制板的过程，如图5.54所示，该印制板为已经规划好的板，可以直接在上面放置网络表和元器件。图5.53完成生成电路板第50页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.54生成的印制电路板框架第51页，共59页，编辑于2022年，星期五5.7 装入元件封装库 5.7.1装入元件封装库装入印制电路板所需的几个元件库，其基本步骤如下：（1）在编辑印制电路板文件的状态下，直接执行“

29、DesignAddRemoveLibrary”命令实现。该步也可将左边的设计管理器切换为如图5.55所示的“BrowsePCB”标签页界面。然后单击“Browse”浏览栏下右边的下拉按钮，选择“Libraries（库）”。最后单击左下方的“Add/Remove（添加/删除）”按钮，将弹出图5.56所示的添加/删除库文件的对话框。第52页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.55BrowsePCB标签页第53页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.56添加/删除库文件的对话框第54页，共59页，编辑于2022年，星期五（2）在该对话框中，通过上方的搜寻窗口选取库文件的安装目录，图5.56

30、所示的目录为：C:ProgramFilesDesignExplorer99SELibraryPCBGenericFootPrints。选取方法与Windows98应用软件相同。（3）目录选中后，选取所要引入的所有元件封装库文件，单击“Add”按钮，此文件就会出现在选择的文件列表中，如图5.57所示。在制作PCB时比较常用的元件封装库有GeneralIC、PCBFootprint、Miscellaneous、InternationalRectifiers和Transistor等，用户还可以选择一些自己设计所需的元件库。（4）添加完所有需要的元件封装库，然后单击“OK”按钮，关闭对话框，系统即可将

31、所选中的元件库装入。如果想删除某个库文件，只需在图5.57下面文件列表中选中该文件，而后单击“Remove（删除）”按钮即可完成库文件的卸载。最后单击“OK”按钮即可。第55页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.57已装入的库文件第56页，共59页，编辑于2022年，星期五5.7.2浏览元件封装库浏览元件库的具体操作方法如下：（1）在设计管理器中点击“BrowsePCB”标签页，在“Browse”区域中选择“Library”,在已装入元件封装库列表中选择一个，然后单击“Browse（浏览）按钮，便可得到如图5.58所示的浏览封装库元件对话框。也可以执行菜单命“DesignBrowseCo

32、mponents”或先后按下热键D、B。（2）在该话框中可以查看元件封装的类别和形状等。用户还可以单击“Edit”按钮对选中的元件进行编辑，也可以单击“Place”按钮将选中的元件放置到电路板上。图5.58中各项介绍如下：lLibraries：选择系统已经装入的元件封装库。单击右边的下拉式按钮便会看到所添加的元件封装库，可选择浏览。第57页，共59页，编辑于2022年，星期五vComponents：选择库中的元件封装在右边预览。其下的按钮“Edit（编辑）”可对选中元件进行修改编辑，建议不要修改标准库中的元件；单击另一个按钮“Place（放置）”，可将选择的元件放置到编辑器中。v右边预览区：可以看到当前选择的元件封装形式。按动“zoomAll（观看整体）”、“zoomIn（放大）”、“zoomOut（缩小）”按钮可调整图形大小。另外，在该话框下方还可以看到所选择浏览元件的尺寸和其上焊盘尺寸信息。第58页，共59页，编辑于2022年，星期五图5.58浏览封装库元件对话框第59页，共59页，编辑于2022年，星期五