電子線路CAD實用教程第6章雙面印制電路板設計

1、第6章 雙面印制電路板設計舉例,6.1 原理圖到印制板 6.2 設置工作層 6.3 元件布局操作 6.4 布線及布線規(guī)則 6.5 信號完整性分析 6.6 打 印 輸 出,6.1 原理圖到印制板,印制板編輯、設計是電子設計自動化（EDA）最后的也是最關鍵的環(huán)節(jié)，換句話說，原理圖編輯是印制板編輯、設計的前提和基礎。對于同一電路系統(tǒng)來說，原理圖中元器件電氣連接與印制板中元器件連接關系應完全相同，只是原理圖中的元件用“電氣圖形符號”表示，而印制板中的元件用“封裝圖”描述，可見原理圖中已包含了元件的電氣連接關系，完成了原理圖編輯后，在Protel99中，可通過如下方法之一將原理圖中元件的電氣連接關系轉化

2、為印制板中元件的連接關系，無須在印制板中逐一輸入元件的封裝圖。,(1) 通過“更新”方式生成PCB文件。 在Protel99原理圖編輯狀態(tài)下，執(zhí)行“Design”菜單下的“Update PCB”（更新PCB）命令，生成或更新PCB文件，并把原理圖中的元件封裝圖及電氣連接關系數(shù)據(jù)傳送到PCB文件中，原因是Protel99原理圖文件（.sch）與印制板文件（.pcb）具有動態(tài)同步更新功能。,(2) 通過“網(wǎng)絡表”文件生成印制板文件。 在原理圖編輯狀態(tài)下，執(zhí)行“Design”菜單下的“Create Netlist”命令，生成含有原理圖元件電氣連接關系信息的網(wǎng)絡表文件（.net），然后將網(wǎng)絡文件裝入P

3、CB文件中。這是Protel98及更低版本環(huán)境下，原理圖文件與印制板文件之間連接的紐帶，Protel99依然保留這一功能。,6.1.1 通過“更新”方式生成PCB文件 在編輯印制板前，必須先編輯好原理圖文件。有關原理圖文件的編輯方法，在第2、3章已介紹過，這里不再重復。 1. 通過“更新”方式生成PCB文件 在原理圖編輯狀態(tài)，執(zhí)行“Design”菜單下的“Update PCB”命令，生成相應的PCB文件。首次執(zhí)行更新PCB命令時，將給出如圖6-1所示的提示信息。,圖6-1 首次執(zhí)行更新PCB命令彈出的設置窗,各選項設置依據(jù)如下： (1) 選擇“I/O端口、網(wǎng)絡標號”連接范圍。 根據(jù)原理圖結構，

4、單擊“Connectivity”（連接）下拉按鈕，選擇I/O端口、網(wǎng)絡標號的連接方式： 對于單張電原理圖來說，可以選擇“Sheet Symbol /Port Connections”、“Net Labels and Port Global”或“Only Port Global”方式中的任一種。,對于含有多張原理圖的層次電路結構原理圖來說： 如果在整個設計項目（.prj）中，只用方塊電路I/O端口表示上、下層電路之間的連接關系，也就是說，子電路中所有的I/O端口與上一層原理圖中的方塊電路I/O端口一一對應，此外就再沒有使用I/O端口表示同一原理圖中節(jié)點的連接關系，則將“Connectivity”

5、設為Sheet Symbol /Port Connections。,如果網(wǎng)絡標號及I/O端口在整個設計項目內有效，即不同子電路中所有網(wǎng)絡標號、I/O端口相同的節(jié)點均認為電氣上相連，則將“Connectivity”設為Net Labels and Port Global。 如果I/O端口在整個設計項目內有效，而網(wǎng)絡標號只在子電路圖內有效，即在原理圖編輯過程中，嚴格遵守同一設計項目中不同子電路圖之間只通過I/O端口相連，不通過網(wǎng)絡標號連接，即網(wǎng)絡標號只表示同一電路圖內節(jié)點之間的連接關系時，則將“Connectivity”設為Only Port Global。,(2) “Components”（元件

6、）選擇。 當“Update component Footprint”選項處于選中狀態(tài)時，將更新PCB圖中元件封裝；當“Delete components”選項處于選中狀態(tài)時，將刪除原理圖中沒有連接的孤立元件。 (3) 根據(jù)需要選中“Generate PCB rules according to schematic layer”選項及其下面的選項。,2. 預覽更新情況 單擊“Change”標簽（或單擊“Preview Change”按鈕），觀察更新后的改變情況，如圖6-2所示。,圖6-2 更新信息,如果原理圖中存在缺陷，則圖6-2中的錯誤列表窗口內將給出錯誤原因，同時更新列表窗下將提示錯誤總數(shù)，

7、并增加“Warning”（警告）標簽，如圖6-3所示。 這時必須認真分析錯誤列表窗口內的提示信息，找出出錯原因，并按下“Cancel”按鈕，放棄更新，返回原理圖編輯狀態(tài)，更正后再執(zhí)行更新操作，直到更新信息列表窗內沒有報告出錯為止。,圖6-3 原理圖不正確時的更新信息,常見的出錯信息、原因以及處理方式如下： Component not found（沒有元件發(fā)現(xiàn)），原因是原理圖中指定的元件封裝形式在封裝圖形庫文件(.lib)中沒有找到。 Node not found（沒有發(fā)現(xiàn)焊盤），原因可能是元件電氣圖形符號引腳編號與元件封裝圖引腳編號不一致。 Footprint XX not found in

8、Library（元件封裝圖形庫中沒有XX封裝形式），原因是元件封裝圖形庫文件列表中沒有對應元件的封裝圖.,3. 執(zhí)行更新 當如圖6-2所示的“更新信息”列表窗內沒有錯誤提示時，即可單擊“Execute”（執(zhí)行）按鈕，更新PCB文件。 如果不檢查錯誤，就立即單擊“Execute”按鈕，則當原理圖存在錯誤時，將給出如圖6-4所示的提示信息。,圖6-4 原理圖存在缺陷不能更新時的提示,執(zhí)行“Design”菜單下的“Update PCB”命令后，如果原理圖所在文件夾下沒有PCB文件，則將自動產(chǎn)生一個新的PCB文件（文件名與原理圖文件相同），如圖6-5所示；如果當前文件夾下已存在一個PCB文件，將更新該

9、PCB文件，使原理圖內元件電氣連接關系、封裝形式等與PCB文件一致（更新后不改變未修改部分的連線）；如果原理圖所在文件夾下已存在兩個或兩個以上的PCB文件時，將給出如圖6-6所示的提示信息，要求操作者選擇并確認更新的PCB文件。因此，在Protel99中，通過“更新”操作，使原理圖文件（.sch）與印制板文件（.pcb）保持一致。,圖6-5 通過“更新”命令自動生成的PCB文件,圖6-6 選擇需要更新的PCB文件,如果在圖6-2中沒有錯誤，則更新后，原理圖文件中的元件封裝圖將呈現(xiàn)在PCB文件編輯區(qū)內，如圖6-7所示?？梢?，在Protel99中并不一定需要網(wǎng)絡表文件。,圖6-7 自動裝入了元件封

10、裝圖,4. 在禁止布線層內設置布線區(qū) 根據(jù)印制板形狀及大小，在禁止布線層（Keep Out Layer）內，用“導線”、“圓弧”等工具畫出一個封閉的圖形，作為印制電路板布線區(qū)。在設置布線區(qū)時，尺寸可以適當大一些，以方便手工調整元件布局操作，待完成元件布局后，再根據(jù)印制板標準尺寸系列、印制板安裝位置，確定布線區(qū)的最終形狀和尺寸。,在禁止布線層內繪制印制電路板布線區(qū)邊框的操作過程如下： (1) 單擊印制板編輯區(qū)下邊框的“Keep Out”按鈕，切換到禁止布線層。 (2) 在禁止布線層內繪制布線區(qū)邊框時，單擊“導線”工具后，原則上即可不斷重復“單擊移動”的操作方式畫出一個封閉多邊形框。 但由于電路邊

11、框直線段較長，為了便于觀察，往往縮小了很多倍來顯示，精確定位困難，因此在禁止布線層內繪制電路板邊框時，可采用如下步驟進行：,單擊“放置”工具欄中的“導線”工具。 在禁止布線層內，通過“移動、單擊左鍵固定起點移動、單擊左鍵固定終點單擊右鍵結束”的操作方式，在元件封裝圖附件分別畫出四條直線段，如圖6-8所示。,圖6-8 畫出四條直線,在繪制這四條邊框線時，可以暫時不必關心其準確位置和長度，甚至不關心這四條線段是否構成一個封閉的矩形框。 單擊“放置”工具欄內的“設置原點”工具（或執(zhí)行“Edit”菜單下的“OriginSet”命令），將光標移到繪圖區(qū)內適當位置，并單擊鼠標左鍵，設置繪圖區(qū)原點。 將鼠標

12、移到直線上，雙擊左鍵，進入“導線”選項屬性設置窗，修改直線段的起點和終點坐標，如圖6-9所示，然后單擊“OK”按鈕。,圖6-9 修改直線選項屬性設置窗,用同樣操作方法修改另外三條邊框（上邊框及左右邊框）的起點和終點坐標后，即可獲得一個封閉的矩形框，如圖6-10所示。,圖6-10 修改四條直線段起點和終點坐標后獲得的矩形框,6.1.2 通過網(wǎng)絡表裝入元件封裝圖 Protel99依然保留通過網(wǎng)絡表文件（.net）裝入元件封裝圖的功能，操作過程如下。 1) 裝入網(wǎng)絡文件前的準備工作 (1) 編輯好原理圖并生成網(wǎng)絡表文件（.net）。 (2) 執(zhí)行“File”菜單下的“New”命令，在如圖1-6所示的

13、“新文檔”選擇窗口內，選擇“PCB Document”（印制板文件）類型，單擊“OK”按鈕，生成新的PCB文件。 (3) 在“設計文件管理器”窗口內，單擊生成的PCB文件，進入PCB編輯狀態(tài)。,2) 重新設置繪圖區(qū)原點 單擊“放置”工具欄內的“設置原點”工具（或執(zhí)行“Edit”菜單下的“OriginSet”命令），將光標移到繪圖區(qū)內適當位置，并單擊鼠標左鍵，設置繪圖區(qū)原點。 3) 在禁止布線層內設置 (1) 單擊PCB編輯區(qū)下邊框上“Keep Out”按鈕，切換到禁止布線層。 (2) 利用“放置”工具欄內的“導線”、“圓弧”繪制出一個封閉圖形，作為布線區(qū)，如圖6-11所示。具體操作過程前面已介

14、紹過，這里不再重復。,圖6-11 布線區(qū),4) 裝入網(wǎng)絡表 在禁止布線層內設置了電路板布線區(qū)邊框后，即可通過如下步驟裝入網(wǎng)絡表文件： (1) 執(zhí)行“Design”菜單下的“Netlist”命令，在如圖6-12所示的窗口內裝入原理圖網(wǎng)絡表文件。,圖6-12 裝入原理圖網(wǎng)絡表文件,(2) 單擊圖6-12中“Netlist File”文本框右側的“Browse”（瀏覽）按鈕，在如圖6-13所示的“Select”（選擇）窗口內當前設計文件包中找出并單擊網(wǎng)絡表文件，然后單擊“OK”按鈕返回，即可在如圖6-12所示的網(wǎng)絡宏列表窗內看到已裝入的元件、焊盤等信息，如圖6-14所示。 如果網(wǎng)絡表文件不在當前設計

15、文件包內，可單擊“Add”按鈕，從其他設計文件包內或目錄下找出體現(xiàn)原理圖元件電氣連接關系的網(wǎng)絡表文件。,圖6-13 選擇裝入網(wǎng)絡表文件窗口,圖6-14 裝入網(wǎng)絡表文件后的窗口,(3) 根據(jù)情況選擇圖6-14中的“Delete components not in netlist ”（刪除沒有連接的元件）和“Update footprint”（更新元件封裝圖）選項。 (4) 在網(wǎng)絡宏列表窗口內，檢查網(wǎng)絡表文件裝入后有無錯誤。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，要具體分析，并加以修正。例如，當發(fā)現(xiàn)某一元件沒有封裝圖時，可單擊“Cancel”按鈕，取消網(wǎng)絡表文件裝入過程，返回原理圖。在元件屬性窗口內給出元件封裝圖后，再生成

16、網(wǎng)絡表文件，然后轉到PCB編輯器重新裝入網(wǎng)絡表，直到在如圖6-14所示的網(wǎng)絡宏列表窗口內沒有出現(xiàn)錯誤為止。,(5) 當圖6-14中網(wǎng)絡宏列表窗口內沒有出現(xiàn)錯誤信息后，即可單擊“Execute”按鈕，裝入網(wǎng)絡表文件，結果如圖6-15所示?？梢娧b入網(wǎng)絡表文件后，所有元件均疊放在布線區(qū)。,圖6-15 裝入網(wǎng)絡表后的結果,5) 分離重疊在一起的元件 對于通過“更新”方式生成的PCB文件來說，在禁止布線層內畫出印制板布線區(qū)后，原則上可用手工方法將如圖6-10所示的每一元件的封裝圖逐一移到布線區(qū)內（當然，在移動過程中，必要時可旋轉元件方向）；也可以使用“自動布局”命令，將元件封裝圖移到布,如圖6-15所示

17、，不便手工調整元件布局，需通過“自動布局”命令，將布線框內重疊在一起的元件彼此分開，以便瀏覽和手工預布局（這一操作的目的僅僅是為了使重疊在一起的元件彼此分離，無須設置自動布局參數(shù)）。操作過程如下： (1) 執(zhí)行“Tools”菜單下的“Auto Place”（自動布局）命令。 (2) 在如圖6-16所示的自動方式窗口內，分別選擇菊花鏈狀方式和快速放置方式。,圖6-16 設置自動布局方式,(3) 單擊“OK”按鈕，啟動自動布局過程，使重疊在一起的元件彼此分離（如圖6-17所示）為隨后進行的手工預布局提供方便。,圖6-17 執(zhí)行“自動布局”后重疊在一起的元件已彼此分離,6.2 設置工作層,執(zhí)行“De

18、sign”菜單下的“Update PCB”命令（或執(zhí)行“File” 菜單下的“New”命令）生成的PCB文件，僅自動打開了Top（元件面）、Bottom（焊錫面）、Keep Out（禁止布線層）、Mech1（機械層1）及Multi（多層重疊）。,由于該電路系統(tǒng)中集成電路芯片較多，需要使用雙面電路板，操作過程如下： 執(zhí)行“Design”菜單下的“Options”命令，并在彈出的“Document Options”(文檔選項)窗內，單擊“Layers”標簽，在如圖5-5所示的窗口選擇工作層。 由于是雙面板，只需選擇信號層中的“Top”（頂層，即元件面）、“Bottom” （底層，即焊錫面），關閉中

19、間信號層。,為了降低PCB生產(chǎn)成本，只在元件面上設置絲印層（除非有特殊要求）。因此，在“Silkscreen”選項框內，只選擇“Top”。 假設所有元件均采用傳統(tǒng)穿通式安置方式，沒有使用貼片式元件，因此也就不用“Paste Mask”（焊錫膏）層。 打開阻焊層選項框的“Bottom”（底層）和“Top”（頂層），即兩面都要上阻焊漆。 在“Other”選項框內，選中“Conne”（元件連接關系）復選項，以便在PCB編輯區(qū)內顯示出表示元件電氣連接關系的“飛線”，因為在手工調整布局時，通過“飛線”即可直觀地判斷是否需要旋轉元件方向。,同時也要選擇“DRC Error”（設計規(guī)則檢查）復選項，這樣在移

20、動元件、印制導線、焊盤、過孔等操作過程中，當兩個導電圖形（印制導線、焊盤或過孔）間距小于設定值時，與這兩個節(jié)點相連的導線、焊盤等顯示為綠色，提示這兩個導電圖形間距不夠。 單擊圖5-5中的“Options”標簽，選擇可視柵格大小（一般設為20 mil）、形狀（線條）以及格點鎖定距離（一般設為10 mil），然后單擊“OK”按鈕，關閉“Document Options”（文檔選項）設置窗。,6.3 元件布局操作,6.3.1 元件布局過程及要求 1. 布局過程 對于一個元件數(shù)目多、連線復雜的印制板來說，全依靠手工方式完成元件布局耗時多，效果還不一定好（主要是連線未必最短），而采用“自動布局”方式，連

21、線可能最短，但又未必滿足電磁兼容要求，因此一般先按印制板元件布局規(guī)則，用手工方式放置好核心元件、輸入/輸出信號處理芯片、對干擾敏感元件以及,發(fā)熱量大的功率元件，然后再使用“自動布局”命令，放置剩余元件，最后再用手工方式對印制板上個別元件位置做進一步調整?？傊?，印制板元件布局對電路性能影響很大，絕對不能馬虎。,2. 元件布局原則 盡管印制板種類很多、功能各異，元件數(shù)目、類型也各不相同，但印制板元件布局還是有章可循的。 (1) 元件位置安排的一般原則。在PCB設計中，如果電路系統(tǒng)同時存在數(shù)字電路、模擬電路以及大電流電路，則必須分開布局，使各系統(tǒng)之間耦合達到最小。 (2) 元件離印制板邊框的最小距離

22、必須大于2 mm，如果印制板安裝空間允許，最好保留510 mm。,(3) 元件放置方向。在印制板上，元件只能沿水平和垂直兩個方向排列，否則不利于插件。 (4) 元件間距。對于中等密度印制板、小元件，如小功率電阻、電容、二極管、三極管等分立元件彼此的間距與插件、焊接工藝有關：當采用自動插件和波峰焊接工藝時，元件之間的最小距離可以取50100 mil（即1.272.54 mm）；而當采用手工插件或手工焊接時，元件間距要大一些，如取100 mil或以上，否則會因元件排列過于緊密，給插件、焊接操作帶來不便。大尺寸元件，如集成電路芯片，元件間距一般為100150 mil。對于高密度印制板，可適當減小元件

23、間距。,(5) 熱敏元件要盡量遠離大功率元件。 (6) 電路板上重量較大的元件應盡量靠近印制電路板支撐點，使印制板電路板翹曲度降至最小。 (7) 對于需要調節(jié)的元件，如電位器、微調電阻、可調電感等的安裝位置應充分考慮整機結構要求：對于需要機外調節(jié)的元件，其安裝位置與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置要一致；對于機內調節(jié)的元件，其放置位置以打開機蓋后即可方便調節(jié)為原則。,(8) 在布局時IC去耦電容要盡量靠近IC芯片的電源和地線引腳，否則濾波效果會變差。在數(shù)字電路中，為保證數(shù)字電路系統(tǒng)可靠工作，在每一數(shù)字集成電路芯片（包括門電路和抗干擾能力較差的CPU、RAM、ROM芯片）的電源和地之間均設置了IC去耦

24、電容。 (9) 時鐘電路元件應盡量靠近CPU時鐘引腳。數(shù)字電路，尤其是單片機控制系統(tǒng)中的時鐘電路，最容易產(chǎn)生電磁輻射，干擾系統(tǒng)其他元器件。,6.3.2 手工預布局 按元件布局一般規(guī)則，用手工方式安排并固定核心元件、輸入信號處理芯片、輸出信號驅動芯片、大功率元件、熱敏元件、數(shù)字IC去耦電容、電源濾波電容、時鐘電路元件等的位置，為自動布局做準備。 在PCB編輯器窗口內，通過移動、旋轉元件等操作方法，即可將特定元件封裝圖移到指定位置。操作方法與在SCH編輯器窗口內移動、旋轉元件的操作方法完全相同。如圖6-18所示。,圖6-18 集成電路芯片對稱操作后的結果,1. 粗調元件位置 當印制板上元件數(shù)目較多

25、、連線較復雜時，先按元件布局規(guī)則大致調節(jié)印制板上的元件位置，操作過程如下： (1) 執(zhí)行“View”菜單下的“ConnectionsHidden All”命令，隱藏所有飛線。 (2) 單擊“Browse”（瀏覽選項）按鈕，在瀏覽選項列表窗內選擇“Components”作為瀏覽對象，此時PCB編輯器窗口狀態(tài)如圖6-19所示。 (3) 按上面列舉的元件布局規(guī)則，優(yōu)先安排核心元件及重要元件（U101、U102、U103、U104）的放置位置。,圖6-19 以元件作為瀏覽對象,圖6-20 利用“放大鏡”觀察局部區(qū)域,圖6-21 跳轉到特定元件,(4) 完成了核心元件及各重要元件的初步定位（如圖6-22

26、所示）后，按同樣方法將放置位置有特殊要求的元件，如時鐘電路（Y101、C106、C107）、輸出信號驅動芯片（U201、U202）、復位按鈕（RES）、電源整流二極管（D301D304）、三端穩(wěn)壓集成塊（U301、U302）等移到指定位置，如圖6-23所示。 (5) 執(zhí)行“View”菜單下的“ConnectionsShow All”命令，顯示所有飛線。,圖6-22 初步確定核心元件放置位置后的PCB,圖6-23 初步確定了放置位置有特殊要求的元件,2. 進一步細調放置位置有特殊要求的元件 借助“飛線”，利用移動、旋轉等操作方法，對圖6-23中的元件放置位置做進一步調節(jié)，使飛線交叉盡可能少。 3

27、. 固定對放置位置有特殊要求的元件 確定了核心元件、重要元件以及對放置位置有特殊要求的元件的位置后，可直接逐一雙擊這些元件，在如圖6-24所示的元件屬性窗口內，選中“Locked”選項，單擊“OK”按鈕，退出元件屬性窗口，以固定元件在PCB編輯區(qū)內的位置。,圖6-24 鎖定元件在PCB編輯區(qū)內的位置,6.3.3 元件分類 自動布局、布線前，最好先執(zhí)行“Design”菜單下的“Classes”命令，對有特殊要求的元件、節(jié)點進行分類，以便在自動布局、自動布線參數(shù)設置中，對特定類型的元件、節(jié)點選擇不同布局、布線方式。下面以元件分類為例，介紹元件、節(jié)點分類的操作過程： (1) 單擊“Design”菜單

28、下的“Classes”命令，在如圖6-25所示的窗口內，單擊“Component”標簽，對元件進行分類。,圖6-25 元件分類,(2) 單擊“Add”按鈕，在如圖6-26所示的窗口中未分組元件列表框內選擇一個或一批元件后（單擊某一元件后，按下Shift鍵不放，再單擊另一元件，即可同時選中相鄰的元件；按下Ctrl鍵不放，不斷單擊目標，即可同時選中彼此不相鄰的多個元件），再單擊添加選中按鈕，即可將左窗口中未分組元件加入到右窗口中組內元件列表內，在“Name”文本盒內輸入類名，如圖6-27所示。,圖6-26 編輯組內元件,(3) 單擊“Close”按鈕，即可將整流二極管D301D304放入到Clas

29、s1元件組中。 必要時，重復上述操作，對其他元件再分組。單擊圖6-27中某元件組后，再單擊“Edit”按鈕，編輯組內元件。,圖6-27 新生成的元件組,6.3.4 設置自動布局參數(shù) 在自動布局操作前，必須先設置自動布局參數(shù)，以下介紹其操作過程。 1. 設置元件自動布局間距 在PCB編輯狀態(tài)下，單擊“Design”菜單下的“Rules”（規(guī)則）命令；在“Design Rules”（設計規(guī)則）窗口內，單擊“Placement”（放置規(guī)則）標簽，然后在如圖6-28所示的窗口內，單擊“Rule Classes”（規(guī)則分類）列表窗內的“Component Clearance Constraint”（元件

30、間距）設置項，即可觀察到元件間距設置信息。,圖6-28 設置元件放置間距,單擊“Add”按鈕，可增加新的放置規(guī)則；在“規(guī)則”列表窗口內，單擊某一特定規(guī)則后，單擊“Delete”按鈕，即可刪除選定的規(guī)則；單擊“Properties”按鈕，可編輯選定的規(guī)則。 當沒有指定元件放置間距時，自動布局時默認的元件間距為10 mil。根據(jù)需要，單擊圖6-28中的“Add”按鈕，在如圖6-29所示的窗口內，即可增加自動布局過程中元件間距約束規(guī)則。,圖6-29 設置元件安全間距及作用范圍,2. 設置元件放置方向 在如圖6-28所示的窗口中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Component Orie

31、ntations Rule”（元件放置方向），在如圖6-30所示的窗口內，重新設定、修改元件放置方向。,圖6-30 元件放置方向規(guī)則列表,單擊“Add”按鈕，在如圖6-31所示的窗口中，即可增加新的放置規(guī)則。,圖6-31 設置元件放置方向,3. 設置元件放置面 在雙面板、多面板中，元件一般放置在元件面上，無須特定指定。但在單面板中，表面封裝器件SMD只能放在焊錫面內，因此需要指定元件放在元件面上還是焊錫面上。 在如圖6-28所示的窗口中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Permitted Layers Rule”（元件放置面），在如圖6-32所示窗口內，重新設定、修改元件放置面。,

32、圖6-32 元件放置面信息,按如下步驟操作后，自動布局時，指定元件將放在焊錫面內：單擊如圖6-32所示窗口內的“Add”按鈕；在如圖6-33所示的窗口內，單擊“Filter kind”列表盒右側下拉按鈕，并選中“Component”；在隨后出現(xiàn)的元件列表框內，找出并單擊目標元件；選中“Rule Attributes”（規(guī)則屬性）窗口內的“Bottom Layer”復選項，再單擊“OK”按鈕。,圖6-33 設置元件放置面,6.3.5 自動布局 確定并固定了關鍵元件位置后，即可進行“自動布局”，操作過程如下： (1) 執(zhí)行“Tools”菜單下的“Auto Place”（自動放置）命令。 (2) 在

33、如圖6-34所示的窗口內，選擇自動布局方式和自動布局選項。 在“Preferences”選項框內，選擇“Statistical Place”（統(tǒng)計學）放置方式時，以連線距離最短作為布局效果好壞的判斷標準。,統(tǒng)計學放置方式選項如圖6-34所示，可通過禁止/允許以下選項干預布局結果，因此布局效果較好，但耗時長，需要等待。,圖6-34 選擇自動布局方式, 在“Preferences”選項框內，選擇“Cluster Place”放置方式時，自動布局選項如圖6-35所示，可見采用“菊花鏈狀”放置方式時，以“元件組”作為放置依據(jù)，即只將組內元件放在一起，因此布局速度較快。,圖6-35 菊花鏈狀放置方式選項

34、,(3) 選擇元件放置方式和有關自動布局選項后，單擊“OK”按鈕，即可啟動元件自動布局過程。在以“統(tǒng)計學”作為元件放置方式的自動布局過程中，Protel99自動在PCB文件所在文件夾內創(chuàng)建Place n(n為1，2，3)臨時文件，存放自動布局狀態(tài)和最終結果，如圖6-36所示。,圖6-36 元件自動布局狀態(tài),(4) 元件自動布局操作結束后，將自動更新PCB元件窗口內元件位置，如圖6-37所示。在自動布局過程中，當布線區(qū)太小，無法按設定距離放置原理圖內所有元件封裝圖時，在布局結束后將發(fā)現(xiàn)個別元件放在禁止布線區(qū)外，如圖6-38所示。出現(xiàn)這種情況后的解決辦法是在禁止布線層內，修改構成布線區(qū)直線段、圓弧

35、的長度，增大邊框后，再自動布局。,圖6-37 采用“菊花鏈狀”放置方式的自動布局結果,圖6-38 布線區(qū)太小而無法容納元件封裝圖,6.3.6 手工調整元件布局 1. 粗調元件位置 經(jīng)過預布局、自動布局操作后，元件在印制板上相對位置大致確定，（但還有許多不盡人意之處，如元件分布不均勻，個別元件外輪廓線重疊這將無法安裝），IC去耦電容與IC芯片距離太遠等等，尚需要手工進一步調整元件位置。有時自動布局僅僅是為了將重疊在一起的元件封裝圖分開，為手工調整元件布局提供方便而已。操作過程如下：,(1) 雙擊元件，在元件屬性窗口內，單擊“Global”選項按鈕；在“Properties”標簽窗口內，單擊“Lo

36、cked”復選框，刪除該選項框內的“”；單擊“Copy Attributes”選項框內的“Locked”復選框，使該復選框內出現(xiàn)“”；再單擊“OK”按鈕，即可解除所有元件的“鎖定”屬性，以便對元件進行移動、旋轉操作。 (2) 按元件布局要求，對元件進行移動、旋轉操作調整元件位置，結果如圖6-39所示。,圖6-39 初步布局結果,2. 元件位置精確調整 經(jīng)過預布局、自動布局及手工調整等操作后，印制板上元件的位置已基本確定，如圖6-39所示，但元件位置、朝向尚未最后確定，還需要通過移動、旋轉、整體對齊等操作方式，仔細調節(jié)元件位置，最后再執(zhí)行元件引腳焊盤對準格點操作，然后才能連線。精密調節(jié)元件位置的

37、操作過程如下： (1) 暫時隱藏元件序號、注釋信息。 (2) 執(zhí)行“View”菜單下的“ConnectionsShow All”命令，顯示所有飛線，如圖6-40所示。,圖6-40 顯示所有飛線,旋轉、對齊操作方法與SCH編輯器相同，這里不再詳細介紹。例如，選定了圖6-40中電阻R201R206后，執(zhí)行“ToolsAlign ComponentsAlign”命令，在如圖6-41所示的“Align Components”（排列元件）設置窗口內指定排列方式，再單擊“OK”按鈕，即可使已選定的元件按設定的方式重新排列。,圖6-41 排列元件設置窗,經(jīng)過反復旋轉、選定、對齊操作后，即可獲得如圖6-42所

38、示的調整結果，可見同一行上的元件已靠上或靠下對齊，同一列上的元件已靠左或靠右對齊；交叉的飛線數(shù)目已很少?？梢哉J為，手工調整布局基本結束。,圖6-42 調整結果,(3) 元件引腳焊盤對準格點。完成手工調整元件布局后，自動布線前，必須將元件引腳焊盤移到柵格點上，使連線與焊盤之間的夾角為135或180，以保證連線與元件引腳焊盤連接處電阻最小。 操作方法：執(zhí)行“Tools”菜單下的“Align ComponentsMove To Grid”（移到柵格點）命令，在如圖6-43所示的窗口內，指定元件移動距離，即可將所有元件引腳焊盤移到柵格點上。,圖6-43 設置移動距離,(4) 選擇電路板外形尺寸。根據(jù)布

39、局結果及印制電路板外形尺寸國家標準GB 931688規(guī)定，選擇電路板外形尺寸，并重新調整電路板布線區(qū)大小。 GB 931688規(guī)定了通用單面、雙面及多層印制電路板外形尺寸系列（但不包括箱柜中使用的插件式印制電路板）。一般情況下，印制電路板外形為矩形，如圖6-44所示，該尺寸系列是電路板最大外形尺寸，而不是布線區(qū)尺寸。 GB 931688推薦的印制電路板外形尺寸如表6-1所示，其中“”為優(yōu)先采用尺寸，而“”為可采用尺寸。,圖6-44 印制電路板外形,為防止印制電路板外形加工過程中觸及印制導線或元件引腳焊盤，布線區(qū)要小于印制電路板外形尺寸。每層（元件面、焊錫面及內部信號層、內電源/地線層）布線區(qū)的

40、導電圖形與印制板邊緣距離必須大于1.25 mm（約50 mil），對于采用導軌固定的印制電路板上的導電圖形與導軌邊緣的距離要大于2.5 mm（約100 mil），如圖6-45所示。,圖6-45 印制電路板外邊框與布線區(qū) 之間的最小距離,(5) 根據(jù)印制板最終尺寸，利用“導線”、“圓弧”等工具在機械層4內分別繪制出印制電路板外邊框和對準孔，如圖6-46所示。,圖6-46 在機械層4內畫出了印制板邊框（雙線）和對準孔,6.4 布線及布線規(guī)則,1. 布線規(guī)律 在布線過程中，必須遵循如下規(guī)律： (1) 印制導線轉折點內角不能小于90，一般選擇135或圓角；導線與焊盤、過孔的連接處要圓滑，避免出現(xiàn)小尖角

41、。,(2) 導線與焊盤、過孔必須以45或90相連。 (3) 在雙面、多面印制板中，上下兩層信號線的走線方向要相互垂直或斜交叉，盡量避免平行走線；對于數(shù)字、模擬混合系統(tǒng)來說，模擬信號走線和數(shù)字信號走線應分別位于不同面內，且走線方向垂直，以減少相互間的信號耦合。,(4) 在數(shù)據(jù)總線間，可以加信號地線，來實現(xiàn)彼此的隔離；為了提高抗干擾能力，小信號線和模擬信號線應盡量靠近地線，遠離大電流和電源線；數(shù)字信號既容易干擾小信號，又容易受大電流信號的干擾，布線時必須認真處理好數(shù)據(jù)總線的走線，必要時可加電磁屏蔽罩或屏蔽板。 (5) 連線應盡可能短，尤其是電子管與場效應管柵極、晶體管基極以及高頻回路。,(6) 高

42、壓或大功率元件盡量與低壓小功率元件分開布線，即彼此電源線、地線分開走線，以避免高壓大功率元件通過電源線、地線的寄生電阻（或電感）干擾小元件。 (7) 數(shù)字電路、模擬電路以及大電流電路的電源線、地線必須分開走線，最后再接到系統(tǒng)電源線、地線上，形成單點接地形式。 (8) 在高頻電路中必須嚴格限制平行走線的最大長度。,(9) 在雙面電路板中，由于沒有地線層屏蔽，應盡量避免在時鐘電路下方走線。例如，時鐘電路在元件面連線時，信號線最好不要通過焊錫面的對應位置。解決方法是在自動布線前，在焊錫面內放置一個矩形填充區(qū)，然后將填充區(qū)接地。 (10) 選擇合理的連線方式。為了便于比較，圖6-47給出了合理及不合理

43、的連線方式。,圖6-47 連線舉例,2. 布線過程 布線過程包括設置自動布線參數(shù)、自動布線前的預處理、自動布線、手工修改四個環(huán)節(jié)。其中自動布線前的預處理是指利用布線規(guī)律，用手工或自動布線功能，優(yōu)先放置有特殊要求的連線，如易受干擾的印制導線、承受大電流的電源線和地線等；在時鐘電路下方放置填充區(qū)，避免自動布線時，其他信號線經(jīng)過時鐘電路的下方。,6.4.1 設置自動布線規(guī)則 自動布線操作前，必須執(zhí)行“Design”菜單下的“Rules”命令，檢查并修改有關布線規(guī)則，如走線寬度、線與線之間以及連線與焊盤之間的最小距離、平行走線最大長度、走線方向、敷銅與焊盤連接方式等是否滿足要求，否則將采用缺省參數(shù)布線

44、，但缺省設置難以滿足各式各樣印制電路板的布線要求。Design Rules（設計規(guī)則）設置窗包含“Routing”（布線參數(shù)）、“Manufacturing”（制造規(guī)則）、“High Speed”（高速驅動，主要用于高頻電路設計）、“Placement”（放置）、“Signal Integrity”（信號完整性分析）及“Other”（其他約束）標簽，如圖6-48所示。,圖6-48 “Routing”（布線參數(shù)）設置標簽,1. 設置布線參數(shù) 1) 布線與焊盤（包括過孔）之間的最小距離 執(zhí)行“Design”菜單下的“Rules”命令，在設計規(guī)則窗口內，單擊“Routing”（布線參數(shù)）標簽；在如圖

45、6-48所示的窗口內，單擊“Rule Classes”（規(guī)則類型）列表窗下的“Clearance Constraint”（安全間距）規(guī)則，即可重新設定不同節(jié)點導電圖形（導線與焊盤及過孔）之間的最小距離。,圖6-49 安全間距設置窗,2) 選擇印制導線轉角模式 在如圖6-48所示的窗口中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Routing Corners”（布線拐角），即可重新設定印制導線轉角模式，如圖6-50所示。,圖6-50 印制導線轉角模式,從圖6-50中可以看出：系統(tǒng)默認的轉角模式為45（外角為45，內角就是135），轉角過渡斜線垂直距離為100 mil（即2.54 mm），適用

46、范圍是整個電路板內的所有導線。 單擊圖6-50中的“Properties”（特性）按鈕，在如圖6-51所示的窗口內即可重新設置轉角模式及轉角過渡斜線的垂直距離。,圖6-51 轉角模式設置窗,3) 選擇布線層及走線方向 在如圖6-48所示的窗口內，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Routing Layers”（布線層），即可彈出如圖6-52所示的布線層選擇窗口。,圖6-52 布線層,單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-53所示的窗口內，選擇布線層和層內印制導線的走線方向。 缺省狀態(tài)下，僅允許在頂層（Top Layer）和底層（Bottom Layer）布線，而中間層11

47、4處于關閉狀態(tài)（Not Used）。,圖6-53 布線層及走線方向設置窗,4) 過孔類型及尺寸 在圖6-48中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Routing Via Style”（過孔類型），即可彈出如圖6-54所示的過孔當前狀態(tài)窗口。 單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-55所示的窗口內，即可重新選擇過孔類型及尺寸。,圖6-54 過孔狀態(tài)窗口,圖6-55 過孔設置窗口,5) 設置布線寬度 在自動布線前，一般均要指定整體布線寬度及特殊網(wǎng)絡，如電源、地線網(wǎng)絡的布線寬度。設置布線寬度的操作過程如下： (1) 設置沒有特殊要求的印制導線寬度。 在圖6-48中，單擊“Rul

48、e Classes”列表窗下的“Width Constraint ”（布線寬度限制），即可彈出如圖6-56所示的布線寬度狀態(tài)窗口。,圖6-56 布線寬度狀態(tài)窗口,單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-57所示的窗口內，即可重新設置布線寬度。,圖6-57 布線寬度設置窗口,(2) 設置電源、地線等電流負荷較大網(wǎng)絡的導線寬度。在電路板中，電源線、地線等導線流過的電流較大，為了提高電路系統(tǒng)的可靠性，電源、地線等導線寬度要大一些。自動布線前，最好預先設定，操作過程如下： 單擊圖6-56中的“Add”按鈕，在如圖6-57所示的導線寬度設置窗口內，單擊“Filter kind”下拉按鈕，在此列

49、表窗內選擇“Net”（節(jié)點），接著在“Net”（網(wǎng)絡名）文本盒內輸入相應的網(wǎng)絡名，如VCC（假設電源網(wǎng)絡標號為VCC）、GND（地線）等；在線寬窗口內直接輸入最小、最大線寬，如圖6-58所示。,圖6-58 電源線寬度設置窗口,單擊“OK”按鈕后，即可發(fā)現(xiàn)線寬狀態(tài)窗口內多了電源線寬度信息行，如圖6-59所示。,圖6-59 增加了電源線寬度后的線寬信息,6) 選擇布線模式 所謂布線模式，就是設置焊盤之間的連線方式。對于整個電路板，一般選擇最短布線模式，而對于電源網(wǎng)絡（VCC）、地線（GND）網(wǎng)絡來說，應根據(jù)需要選擇最短模式、星型模式或菊花鏈狀模式。例如，對于要求單點接地的電路系統(tǒng)，則電源網(wǎng)絡、地線

50、網(wǎng)絡可采用星型（Starburst）布線模式。 在圖6-48中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Routing Topology ”（布線拓撲模式），即可彈出如圖6-60所示的布線模式狀態(tài)窗口。,圖6-60 布線模式狀態(tài)窗口,單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-61所示的窗口內，即可重新選擇布線模式。,圖6-61 布線模式設置窗口,7) 確定網(wǎng)絡結點布線優(yōu)先權 在電路系統(tǒng)中，某些網(wǎng)絡的布線有特殊要求，如輸入/輸出信號線盡可能短，電源線、地線也盡可能短，布線時對有特殊要求的網(wǎng)絡可優(yōu)先布線。Protel99提供了0100級布線優(yōu)先權（0最低，100最高）設置，即可以定義1

51、00個網(wǎng)絡的布線順序。 在圖6-48中，單擊“Rule Classes”列表窗下的“Routing Priority ”（布線優(yōu)先權），即可彈出如圖6-62所示的布線優(yōu)先權狀態(tài)窗口。,圖6-62 布線優(yōu)先權狀態(tài)窗口,單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-63所示的窗口內，即可重新選擇布線優(yōu)先權。,圖6-63 布線模式設置窗口,8) 表面封裝元件引腳焊盤與轉角間距 如果印制板含有表面封裝元件SMD，可單擊圖6-48中的“Rule Classes”列表窗下的“SMD To Corner Constraint”選項，設置表面封裝器件引腳焊盤與轉角之間的距離。 設置的布線規(guī)則越嚴格，限制條

52、件越多，自動布線時間就越長，布通率就越低。 根據(jù)需要還可以進入制造規(guī)則、高速驅動、放置和其他標簽，設置有關布線參數(shù)，下面再簡要介紹其中一些較重要的布線規(guī)則含義及設置依據(jù)。,2. 制造規(guī)則設置 執(zhí)行“Design”菜單下的“Rules”命令，在如圖6-48所示的窗口內，單擊“Manufacturing”（制造規(guī)則）標簽，即可對制造規(guī)則進行檢查和設置。這些規(guī)則包括布線夾角、焊盤銅環(huán)最小寬度、焊錫膏層擴展、敷銅層與焊盤連接方式、內電源/接地層安全間距、內電源/接地層連接方式、阻焊層擴展等，如圖6-64所示。,圖6-64 制造規(guī)則設置窗口,圖6-64中，“布線夾角”定義了最小布線夾角；“焊盤銅環(huán)最小寬

53、度”定義了焊盤銅環(huán)的最小值；而“焊錫膏層擴展寬度”則定義了焊錫膏層是否要擴展，如果電路板沒有表面封裝元件，就沒有焊錫膏層，當然也就沒有必要關心“焊錫膏層擴展”設置。,“敷銅層與焊盤連接方式”定義了與敷銅層相連的焊盤形狀，在印制電路板中，為了提高抗干擾性能，減少接地電阻，改善散熱條件，常使用敷銅方式，而敷銅層一般與地線相連，這就涉及到地線網(wǎng)絡焊盤與敷銅層的連接方式問題，設置“敷銅層與焊盤連接方式”的操作過程如下： (1) 單擊圖6-64中“Rule Classes”列表窗下的“Polygon Connect Style”（敷銅層連接方式），即可觀察到敷銅層與焊盤連接方式列表，如圖6-65所示。,

54、圖6-65 敷銅層與焊盤連接方式列表,(2) 單擊圖中的“Properties”按鈕，在如圖6-66所示的窗口內，即可重新選擇敷銅層與焊盤的連接方式。,圖6-66 敷銅層與焊盤連接方式設置窗,可以選擇“Relief Connect”（輻射連接）和“Direct Connect”（直接連接）兩種方式之一進行敷銅層與焊盤的連接。當選擇輻射連接方式時，必須給出連接銅膜的條數(shù)（2或4條）、方向（90或45）以及連接線條銅膜寬度。 輻射連接與直接連接的區(qū)別如圖6-67所示。,圖6-67 敷銅層與焊盤連接方式比較,(3) 設置敷銅層與焊盤連接方式及適用范圍后，單擊“OK”按鈕退出。 設置了敷銅層與焊盤連接

55、方式后，放置敷銅層時就按指定方式與焊盤連接，如圖6-67所示。,3. 高速驅動規(guī)則設置 執(zhí)行“Design”菜單下的“Rules”命令，在如圖6-48所示的窗口內，單擊“High Speed”（高速驅動）標簽，即可對菊花鏈分支長度、布線長度、平行走線最大長度等進行設置。高速驅動規(guī)則主要用于約束高頻及時鐘信號頻率較高的數(shù)字電路的布線，其中，“最大布線長度”用于限制連線的最大長度；“匹配網(wǎng)絡長度”用于設置有阻抗匹配要求的網(wǎng)絡的布線長度；“最大過孔數(shù)”用于限定過孔的數(shù)量；“平行布線設置”用于設定平行走線的間距和平行走線的長度。,圖6-68 高速驅動規(guī)則設置窗口,6.4.2 自動布線前的預處理 完成布

56、線規(guī)則設置后，自動布線前應根據(jù)布線密度及不同面上的走線方向重新確定元件引腳焊盤的形狀及尺寸。執(zhí)行“更新”或“裝入網(wǎng)絡表”操作后，制板編輯區(qū)內所有元件的引腳焊盤均采用元件封裝庫文件中定義的焊盤形狀，但未必合理。,1. 敷銅區(qū)的放置及編輯 放置敷銅區(qū)的操作過程如下： (1) 單擊“放置”工具欄內的“Place Polygon Plane”（放置敷銅層）工具，在如圖6-69所示的敷銅層選項設置窗口內，指定敷銅層有關參數(shù)后，單擊“OK”按鈕退出。,圖6-69 敷銅層選項設置,敷銅層各選項參數(shù)含義如下： 在“Net Options”（節(jié)點選項）框內，單擊“Connect to Net”下拉按鈕，在節(jié)點列

57、表窗內找出并單擊與敷銅層相連的節(jié)點，如GND、VCC等；單擊“是否覆蓋與敷銅層相連的網(wǎng)絡連線”復選框，即選用該選項。 在“Hatching Style”（敷銅區(qū)細線條形狀）選項框內，單擊所需的細線段形狀，確定敷銅區(qū)內部細線條的形狀，可選擇的線條形狀有90小方格、斜45小方格（菱形）、水平線條、垂直線條等，如圖6-70所示。,圖6-70 敷銅區(qū)內線段形狀,在“Plane Settings”（敷銅層設置）框內，輸入線段間距、線段寬度以及所在工作層。 在“Surround Pads With”（敷銅區(qū)包圍焊點方式）框內，選擇“八角形”或“圓弧形”方式（一般多選擇圓弧形）。,(2) 將光標移到敷銅區(qū)起

58、點，單擊左鍵，固定多邊形第一個頂點；移動光標到多邊形第二個頂點，單擊左鍵固定，不斷重復移動、單擊左鍵，再單擊右鍵結束，即可繪出一個多邊形敷銅區(qū)，如圖6-71所示。,圖6-71 在焊錫面內，時鐘電路下方放置了一個敷銅區(qū),(3) 修改敷銅區(qū)屬性。將鼠標移到敷銅區(qū)內任一位置，雙擊鼠標左鍵，均可激活敷銅層屬性窗，然后即可重新設定敷銅層參數(shù)，如線條寬度、線條間距、形狀等。單擊“OK”按鈕，關閉敷銅層屬性設置窗口后，即可顯示出如圖6-72所示的重建提示。 單擊“Yes”按鈕后，即按修改后參數(shù)重建敷銅區(qū)。,圖6-72 修改敷銅區(qū)屬性后的提示信息,(4) 敷銅區(qū)的刪除。在PCB編輯區(qū)內，可通過如下步驟刪除敷銅

59、區(qū)、元件封裝圖： 執(zhí)行“Edit”菜單下的“SelectToggle Selection”命令，將光標移到敷銅區(qū)內任一位置，單擊左鍵選定。此時仍處于選定操作狀態(tài)，可以繼續(xù)選定另一需要刪除的敷銅區(qū)或元件。 完成選定后，單擊鼠標右鍵，退出選定操作狀態(tài)。 執(zhí)行“Edit”菜單下的“Clear”清除命令，即可刪除已選定的敷銅區(qū)。,2. 放置填充區(qū) 放置填充區(qū)的操作過程如下： (1) 單擊“放置”工具欄內的“Place Fill”（放置填充區(qū)），按下Tab鍵，在如圖6-73所示的填充區(qū)屬性窗口內，選定填充區(qū)所在工作層、與填充區(qū)相連的節(jié)點、旋轉角等參數(shù)后，單擊“OK”按鈕，退出填充屬性設置窗。,圖6-73

60、 填充區(qū)屬性設置窗,(2) 將光標移到編輯區(qū)特定位置，單擊鼠標左鍵，固定矩形填充區(qū)對角線的一個端點（一般是左上角）；移動光標，即可觀察到填充對角線另一端點隨光標的移動而移動，單擊鼠標左鍵固定填充區(qū)對角線第二個端點，這樣便獲得矩形填充區(qū)。,(3) 可以通過“移動單擊移動單擊”繼續(xù)繪制另一填充區(qū)，也可以單擊鼠標右鍵，退出命令狀態(tài)。 利用上面的操作方法在圖6-42中的元件面內的三端穩(wěn)壓塊下方放置填充區(qū)，如圖6-74所示。,圖6-74 放置填充區(qū),6.4.3 自動布線 經(jīng)過以上處理后，就可以使用“Auto Route”菜單下的有關命令進行自動布線。這些命令包括“All”（對整個電路板自動布線）、“Ne