單片機系統(tǒng)PCB設計課件

1、第三篇、PROTEL99SE印制板設計學習目標終極目標會用Protel 99SE PCB編輯軟件（簡稱PCB 99）正確編輯印制板圖，并按要求進行印制板圖輸出。促成目標 1了解常用電子器件的封裝形式；2會手工設計簡單電路的PCB；3會用進行PCB編輯的相關文件操作；4會調用、編輯PCB元件；5會編輯、檢驗印制板圖；6能按要求進行印制板圖輸出。縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計一、學習目標終極目標會根據(jù)電路及產品裝配與應用的要求，合理進行PCB布局和布線。促成目標1了解電子器件的封裝；2會分析電路結構及產品特點，合理選擇印刷電路板材料；3會合理進行PCB布局；4會合理進行PCB布線

2、；二、工作任務手工設計圖3-1-1所示功率放大器的印刷電路板圖?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計要求：1通過實物和查找，明確電路中各器件的封裝形式；2選擇印刷板材料（單面、雙面、材質等）（印刷板尺寸定為10cm10cm）；3合理進行器件布局；4正確連線（注意線寬與線間距）。圖3-1-1 功率放大電路縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計三、理論知識（一）印制板的概念PCB（Printed Circuit Board），中文名稱為印制線路板，簡稱印制板，是電子工業(yè)的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器，大到計算機、通訊電子設備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電

3、路等電子元器件，為了它們之間的電氣互連，都要使用印制板。在較大型的電子產品研究過程中，最基本的成功因素是該產品的印制板的設計、文件編制和制造。印制板的設計和制造質量直接影響到整個產品的質量和成本，甚至導致商業(yè)競爭的成敗。 在絕緣基材上，提供元、器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路，它不包括印制元件。印制電路的成品板稱為印制電路板，亦稱印制板。印制電路在電子設備中提供如下功能：供各種電子元器件固定、裝配的機械支撐；供各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣；提供所要求的電氣特性，如阻抗特性等；為焊錫提供阻焊圖形，為元件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。 縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷

4、電路的手工設計（二）印制板類型1按印刷電路板的材料分類印刷電路板是在絕緣的模板上敷以電解銅箔，再經熱壓而成。目前，我國常用單、雙面板的銅箔厚度為35m，國外開始使用18m、10m和5m等超薄銅箔，超薄銅箔具有蝕刻時間短、側面腐蝕小、易鉆孔和節(jié)約銅材等優(yōu)點。常用基板有：（1）酚醛紙質基板。這種基板價格低，但耐潮和耐熱性不好，一般用于要求不高的設備中。（2）環(huán)氧酚醛玻璃布基板。這種基板的耐潮和耐熱性較好，但其透明度稍差。（3）環(huán)氧玻璃布基板。它除了具有環(huán)氧酚醛玻璃布基板的優(yōu)點外，還有透明度好、便于安裝和維修、沖剪和鉆孔性能良好等優(yōu)點，多用于雙面板。（4）聚四氟乙烯玻璃布基板。它具有良好的介電性能和

5、化學穩(wěn)定性。是一種工作范圍寬（230C +260C）、耐高溫、高絕緣的基材。此外，還有耐火的自熄性基板、撓性基板等。印刷電路板常用厚度有：0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.50mm、2.5mm、3.0mm等。印刷電路板的電氣指標可參閱相關手冊。縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計2剛性與撓性印刷電路板剛性印刷電路板是指由不易變形的剛性基材制成的印刷電路板，在使用時處于平展狀態(tài)。一般電子設備中使用的都是剛性印刷電路板。撓性印刷電路板是指用可以扭曲和伸縮的基材制成的印刷電路板，在使用時可根據(jù)安裝要求將其彎曲。撓性印刷電路板一般用于特殊場合，如手機等。3雙面和多層印刷電路板在印刷電

6、路板上只有一面有導線的稱為單層印刷電路板，在印刷電路板上正反兩面都有導線的稱為雙層印刷電路板，又稱雙面板。雙面板包括頂層（Top layer）和底層（Bottom Layer）兩層，兩面敷銅，中間為絕緣層。雙面板兩面都可以布線，布線一般一面垂直走線（如圖3-1-2所示），一面水平布線。雙面板兩面的布線一般需要由過孔或焊盤（焊盤類型如圖3-1-3所示）連通。在印刷電路板上除了正反兩面之外，在其中間還有幾層導線的稱為多層印刷電路板。多層板剖面示意如圖3-1-4所示，圖中左邊為各工作層指示，包括頂層（Top layer）、底層（Bottom Layer）、中間信號層（Middle Layer1、Mi

7、ddle Layer2）和內部板層（Internal Plane1）等。右邊為信號層間距絕緣層（Core）的尺寸和層間預浸料坯（粘合劑類）（Prepreg）的尺寸?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計圖3-1-2雙面板一面垂直走線圖圖3-1-3焊盤類型縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計單層和雙層印刷電路板比較常用，多層印刷電路板用在超大規(guī)模集成電路的裝配上，例如微機主板、數(shù)控系統(tǒng)主板等。在生產多層印刷電路板時，先將組成各個分層的單面板按設計要求生產出來，再將各個分層的單面板壓合在一起，然后打孔及孔金屬化，通過金屬化將各個層連接起來。多層印刷電路板工藝復雜，加工精度要求

8、很高，成本也遠高于單層板和雙層板。圖3-1-4多層板剖面示意圖縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計4各種工作層說明電路板可分為單面板、雙面板和多面板。例如雙面板（或稱為雙層板），包括頂層（Top Layer）和底層（BottomLayer），頂層一般為元件面，底層一般為焊接面。雙面板的兩面都敷銅，都可以布線。工作層面就是指在進行PCB設計時，進行操作的那個電路板層面。Protel提供了若干個工作層面，在不同的工作層面要進行不同的操作。例如，元件布置在頂層，因而通常也稱其為元件面。Protel提供的主要工作有以下幾種類型：信號層（Signal Layer） Protel提供了16種信

9、號層，它們是Top Layer、Bottom Layer、Mid Layer1、Mid Layer2Mid Layer14。信號層主要用于放置與信號有關系的電氣元素，例如，Top Layer頂層，用于放置元件面，Bottom Layer為底層，用作焊錫面，Mid Layer1、Mid Layer2Mid Layer14為中間工作層面，用于布置信號線。雙面板沒有中間層。內層電源/接地層（Internal Plane） Mid Layer1、Mid Layer2Mid Layer14一共提供4種內層電源/接地層，分別稱為Plane1、Plane2、Plane3、Plane4。這些層往往用作大面積的

10、電源線或地線?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計設置鉆孔位置層（Drill Layer） 該層主要用于繪制鉆孔圖及表明孔的位置。一共包括Drill Grid 和Drill Drawing兩項。阻焊層和防錫膏層（Solder Mask &Paste Mask） 它們分別有Top和Bottom兩種層面。例如，Top Solder Mask為設置頂層阻焊層，Bottom Solder Mask為設置底層阻焊層，TopPaste Mask為頂層防錫膏層。絲印層（Silkscreen） 絲印層主要用于繪制元件的外形輪廓，包括頂層（Top）絲印層和底層（Bottom）絲印兩種。其他工作層面（

11、Others） 包括Keep Out Layer（禁止布線層）、Multi-Layer(設置多層)等8種Others層。此外還有4種機械層（Mechanical Layers），也可以用于文字標注等功能?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計（三）電子器件封裝電子元器件的形狀與尺寸與器件的封裝形式有關，因此，電子元器件的封裝形式與電路板設計密切相關， protel99中常用電子器件的封裝形式有：1電阻：原理圖中常用的名稱為RES1-RES4；引腳封裝形式： AXIAL系列 從AXIAL-0.3到AXIAL-1.0，后綴數(shù)字代表兩焊盤的間距，單位為英寸。2電容：原理圖中常用的名稱為CA

12、P（無極性電容）、ELECTRO（有極性電容）；引腳封裝形式：無極性電容為RAD-0.1到RAD-0.4，有極性電容為RB.2/.4到RB.5/1.0.3電位器：原理圖中常用的名稱為POT1和POT2；引腳封裝形式：VR-1到VR-54二極管：原理圖中常用的名稱為DIODE（普通二極管）、DIODE SCHOTTKY（肖特基二極管）、DUIDE TUNNEL（隧道二極管）、DIODE VARCTOR（變容二極管）、ZENER13（穩(wěn)壓二極管）；引腳封裝形式：DIODE0.4和DIODE 0.7。5三極管：原理圖中常用的名稱為NPN，NPN1和PNP，PNP1；引腳封裝形式：TO-18、TO-9

13、2A（普通三極管）、TO-220H（大功率三極管）、T-O3（大功率達林頓管）。縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計7場效應管：原理圖中常用的名稱為JFET N（N溝道結型場效應管）、JFET P（P溝道結型場效應管）、MOSFET N（N溝道增強型管）、MOSFET P（P溝道增強型管）；引腳封裝形式與三極管同。8整流橋：原理圖中常用的名稱為BRIDGE1和BRIDGE2，引腳封裝形式為D系列，如D-44，D-37，D-46等。9雙列直插元件：原理圖中常用的名稱為根據(jù)功能的不同而不同，引腳封裝形式DIP系列。圖3-1-5 protel99中常用電子器件的封裝圖形圖3-1-5為電子

14、設計軟件protel99中常用電子器件的封裝圖形（詳見附錄）?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計圖3-1-5 protel99中常用電子器件的封裝圖形縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計（四）印制板布局原則印制電路板布局是指安排元器件在板上的位置。印制電路板布局是整個PCB設計中最重要的一環(huán)，對于模擬電路和高頻電路尤為關鍵。印制電路板布局的基本原則是：保證電路的電氣性能。便于產品的生產、維護和使用。導線盡可能短。由于元器件的管腳之間存在著分布電容，一些電感元件的周圍存在著磁場，連接各元件的導線也存在電阻、電容和電感，外部干擾也會影響電路性能。目前已有多種印制電路板CA

15、D軟件具有自動布局功能。但是CAD軟件在布局時只從拓撲結構上考慮元件的位置，未能考慮上述的種種因素，這樣的布局有時無法可靠保證電路指標特性，所以設計人員往往采用人工布局加以進行調整。電子產品生產和維護時需要經過調測，有關的元件和測試點在布局時只應將其安排在便于操作的位置。在使用產品時需要調整某些開關和旋鈕，布局時應注意它們的適當位置。還有印制電路板一般要與機箱固定，要安排好固定位置。初學者往往只注意基本的電氣連接，而忽略上述種種因素?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計在滿足上述要求的前提下，應盡可能考慮連線的最短的原則，這樣可有效地減少導線本身的電阻、電容和電感的影響。用CAD軟

16、件進行布局布線的具體操作在后續(xù)的章節(jié)中討論，下面先簡要介紹一些在布局時要考慮的相關問題：1、合理選擇印制電路板的層數(shù)選擇印制電路板層數(shù)的主要依據(jù)是器件的多少和連線的密度，其次還要考慮成本。單面板成本最低，而且可避免金屬孔質量不高帶來的可靠性隱患。所以在能滿足設計要求的前提下，盡量選用單層板。當有少數(shù)幾條無法在焊接面布通時，可用跳線的方法來解決。雙層板使布線靈活性大為提高，同時，由于金屬化孔將元件面和焊接面的導線連接在一起，使導線的附著增強，是目前用得最多的。在雙層板仍不滿足布線要求或電氣特性時，可選用多層板。但多層板的成本高于雙層板，加工周期也長。項目一、功率放大器印刷電路的手工設計2、根據(jù)不

17、同電路安排相鄰位置印制電路板上常含有多個單元電路，一般情況下，各單元電路的位置應按信號的傳輸關系來安排，傳輸關系緊密的就安排在相鄰位置。模擬電路與數(shù)字電路應盡量分開，大功率電路與小信號電路也盡量分開。3、元件的排列安排元件的位置是布局時最關鍵的一步，需要綜合考慮很多因素，一般應考慮多種方案，反復權衡，取長補短。安排元件位置時要考慮的主要問題如下：（1）盡量把元件設置在元件面上，這樣有得于生產和維護。（2）調節(jié)方便。一些需要調節(jié)的元件應安排在規(guī)定的位置或便于調節(jié)的地方。（3）散熱。對于大功率管、電源變壓器等需要散熱的器件應考慮散熱問題。（4）結構穩(wěn)定。對于較重的元件，要考慮結構的穩(wěn)定問題。例如，

18、在垂直放置的印制電路板上，重的器件要安置在底部；在水平放置的印制電路板上，重的元件應安排在靠近緊固點。還應考慮好該印制電路板本身與其他部件的固定問題。（5）管腳要順。對于3個管腳以上的元件，必須按管腳順序放置避免管腳扭曲。對于集成塊，要注意方向。項目一、功率放大器印刷電路的手工設計（6）排列整齊均勻，間距合理。元件之間的間距要合理，不要堆擠在一起，要考慮到器件外形的實際大小，留有余量。同類元件的間距要一致，布局做到整齊、均勻、美觀。在印制電路板邊緣要留有一定的距離，一般不小于5mm。（7）在印制電路板的邊緣板空白處盡量布上地線。在有CAD軟件設計PCB時，軟件提供了非常豐富的元件外形庫，用戶可

19、利用它的布局。使用CAD軟件布局時，是將元件的外形符號調至絲印層上，該元件的焊盤也隨元件符號一同調出，自動安放在焊接層上。利用CAD布局時，元件的調入、刪除、更改和移動都很方便。布局時為了區(qū)分元器件，應根據(jù)原理圖的元件符號在布局圖上標注元件的序號（如R1、C12、BG3等），元件符號的位置要靠近元件，便于識別元件與序號的對應關系。一般情況下，序號與符號不要重疊，以免安裝元件后將序號蓋住。應特別引起注意的是，元件的序號必須標注在絲印層上，如果將其標注在焊接層上，則有可能產生不需要的電氣連接。項目一、功率放大器印刷電路的手工設計（五）印制板布線原則布線設計是在布局基本完成后進行的，在布線設計時如果

20、發(fā)現(xiàn)布局不合理（如布線困難），還要調整布局。布線設計的基本考慮是如何使導線最短，同時要使導線的形狀合理。布線設計時的考慮要點如下：1公共通路的導線公共通路導線主要指地線和電源線。這些線要連接每個單元電路，走線距離最長，所以應設計它們。2按信號流向布線在設計其他導線時，一般按信號的傳輸走向，逐一設計各個單元電路的導線。3持良好的導線形狀在設計導線時，良好的導線形狀的主要標準是：導線的長度最短；在導線轉彎時要避免出現(xiàn)銳角；有利于加強焊盤和導線的附著力，地線和電源線應盡量寬一些；除了地線和電源線之外，導線的寬度和線距應整齊、均勻、美觀。項目一、功率放大器印刷電路的手工設計4雙面板布線要求雙面板的導線

21、設計與單面板有較大的不同，一般要求是：同一層面上的導線方向盡量一致，或者都是水平方向布線或者都是垂直方向布線；元件面的導線與焊接面的導線相互垂直；兩個層面上的導線連接必須通過通孔。5地線的處理在印制電路板的排版設計中，地線的設計是十分重要的，有時可能關系到設計的成敗，導線必然存在電阻，地線的電阻稱為共阻。地線是所有信號電流的公共通道，各種信號電流都將在共阻上產生壓降，這些壓降又反作用于電路，形成共阻干擾。共阻干擾嚴重時將使電路指標無法滿足要求。地線的設計要考慮眾多因素，現(xiàn)將最基本的要求介紹如下：（1）模擬與數(shù)字電路的地線要分別設置。在一塊印刷電路板上同時有模擬和數(shù)字電路時，必須為它們分別設置地

22、線，在地線的出口處再匯集在一起。一種模擬與數(shù)字電路地線處理的方式，稱為菊花形地線。（2）地線應盡量寬。為了減少地線共阻的干擾，地線和電源線應盡量寬一些，這是設計地線的最基本要求。（3）大面積地線應設計成網狀。當?shù)鼐€的面積較大，超過直徑為25mm的圓的區(qū)域時，應開局部窗口，使地線成為網狀。這是因為大面積的銅箔在焊接時，受熱后容易產生膨脹造成，也容易影響焊接質量?？N云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計四、技能訓練以圖3-1-1所示電路為操作目標對象 1PCB規(guī)劃與布局（1）確定電路所用器件的封裝；（2）在暫不考慮設備外殼尺寸的情況下，根據(jù)器件封裝與電路特點確定印刷電路板尺寸、層數(shù)、材質；

23、（3）分析電路信號流情況；（4）分析電路器件發(fā)熱情況，確定散熱方案；（5）合理規(guī)劃器件布局（圖3-1-6為帶電源的雙通道功放電路板，供參考）。圖3-1-2 雙通道功率放大器(帶電源)電路板圖3-1-2 雙通道功率放大器(帶電源)電路板縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計2PCB布線（1）按上面的布局，畫出布線草圖；（2）根據(jù)草圖與器件布局的情況對器件布局進行適當調整；（3）合理使用跳線，重畫布線草圖；（4）規(guī)劃所布線條的尺寸與間距；（5）繪制PCB版圖。五、拓展知識印制板制作工藝及設計的基本流程印制板按照導體圖形的層數(shù)可以分為單面、雙面和多層印制板。下面介紹單面板及雙面板的基本制造

24、工藝及設計的基本流程。1單面板的基本制作工藝及設計的基本流程覆箔板-下料-烘板（防止變形）-制模-洗凈、烘干-貼膜(或網印) 曝光顯影(或抗腐蝕油墨) -蝕刻-去膜電氣通斷檢測-清潔處理-網印阻焊圖形（印綠油）-固化-網印標記符號-固化-鉆孔-外形加工-清洗干燥-檢驗-包裝-成品。 縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計2雙面板的基本制作工藝及設計的基本流程 近年來制造雙面孔金屬化印制板的典型工藝是圖形電鍍法和SMOBC法。在某些特定場合也有使用工藝導線法。 （1）圖形電鍍工藝流程覆箔板-下料-沖鉆基準孔-數(shù)控鉆孔-檢驗-去毛刺-化學鍍薄銅-電鍍薄銅-檢驗-刷板-貼膜(或網印)-曝光

25、顯影(或固化)-檢驗修板圖形電鍍(Cn十SnPb)-去膜-蝕刻-檢驗修板-插頭鍍鎳鍍金-熱熔清洗-電氣通斷檢測-清潔處理-網印阻焊圖形-固化-網印標記符號-固化-外形加工 -清洗干燥-檢驗-包裝-成品。 流程中“化學鍍薄銅 - 電鍍薄銅”這兩道工序可用“化學鍍厚銅”一道工序替代，兩者各有優(yōu)缺點。圖形電鍍-蝕刻法制雙面孔金屬化板是六、七十年代的典型工藝。八十年代中裸銅覆阻焊膜工藝(SMOBC)逐漸發(fā)展起來，特別在精密雙面板制造中已成為主流工藝。 （2）裸銅覆阻焊膜（SMOBC）工藝SMOBC板的主要優(yōu)點是解決了細線條之間的焊料橋接短路現(xiàn)象，同時由于鉛錫比例恒定，比熱熔板有更好的可焊性和儲藏性。

26、縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計制造SMOBC板的方法很多，有標準圖形電鍍減去法再退鉛錫的SMOBC工藝；用鍍錫或浸錫等代替電鍍鉛錫的減去法圖形電鍍SMOBC工藝；堵孔或掩蔽孔法SMOBC工藝；加成法SMOBC工藝等。下面主要介紹圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝和堵孔法SMOBC工藝流程。 圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝相似于圖形電鍍法工藝，只在蝕刻后發(fā)生變化。 圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝的主要工藝流程是：雙面覆銅箔板-按圖形電鍍法工藝到蝕刻工序-退鉛錫-檢查清洗 阻焊圖形-插頭鍍鎳鍍金-插頭貼膠帶-熱風整平清洗 網印標記符號外形加工清洗干燥成品檢驗-包裝-成品。

27、 堵孔法主要工藝流程是： 雙面覆箔板-鉆孔-化學鍍銅-整板電鍍銅-堵孔-網印成像(正像) -蝕刻-去網印料、去堵孔料-清洗-阻焊圖形-插頭鍍鎳、鍍金 -插頭貼膠帶-熱風整平-下面工序與上相同至成品。 此工藝的工藝步驟較簡單、關鍵是堵孔和洗凈堵孔的油墨。 在堵孔法工藝中如果不采用堵孔油墨堵孔和網印成像，而使用一種特殊的掩蔽型干膜來掩蓋孔，再曝光制成正像圖形，這就是掩蔽孔工藝。它與堵孔法相比，不再存在洗凈孔內油墨的難題，但對掩蔽干膜有較高的要求。 SMOBC工藝的基礎是先制出裸銅孔金屬化雙面板，再應用熱風整平工藝。縉云職業(yè)中專項目一、功率放大器印刷電路的手工設計六、項目練習根據(jù)圖3-1-1，設計雙

28、聲道功率放大器印刷電路。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計一、學習目標終極目標會用PCB 99設計簡單電路的PCB版圖。促成目標1進一步正確設置原理圖元件屬性；2會調用網絡表；3會對電路板進行合理布局；4會對電路板進行合理布線。二、工作任務圖3-2-1 二級放大器電路圖對二級放大器（圖3-2-1所示）進行PCB設計縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計要求：1正確繪制原理圖并設置電路元件屬性，生成網絡表；2按10cm10cm大小設計單面PCB；3按10cm10cm大小設計雙面PCB；4錯誤檢查與修改。圖3-2-1 二級放大器電路圖縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計三、理論知識原理

29、圖與印制板圖之間的聯(lián)系是通過網絡表文件實現(xiàn)，印制板在自動布局、自動布線時需要調用網絡表文件。使用印制板的主要目的是用印制板的銅膜線實現(xiàn)元器件之間的電氣連接，省去在相連元器件之間焊接導線的工作，這樣只需把電路中的元件群焊接在印制板上就可以了。由此可知，印制板的設計主要是布局與布線工作，以前這些工作是用手工完成，設計周期長，不易調整?，F(xiàn)在通過PCB 99自動完成，既方便且效果好。（一）PROTEL99SE印制板設計流程PCB圖的設計流程就是指印制電路板圖的設計步驟，一般它可分為圖3-2-2所示的六個步驟：項目二、二級放大器PCB設計縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計1繪制電路圖 該步驟主要是

30、繪制電路原理圖，并生成網絡表，這些工作就是前面章節(jié)所講述的內容。關于這一步需要說明一點，當所設計的電路圖非常簡單時，可以不進行原理圖的繪制及網絡表的生成，而直接進行PCB進行手工設計，即有時可跳過這一步驟。2規(guī)劃電路板 在準備好原理圖和網絡表之后，繪制印制電路板之前，用戶還要對電路板有一個初步的規(guī)劃，它包括：定義電路板的尺寸大小及形狀、設定電路板的板層以及設置參數(shù)等，這是一項極其重要的工作，它是確定電路板設計的框架。這一步工作是在PCB編輯環(huán)境中完成。用SCH99繪制電路原理圖裝入網絡表及元件封裝規(guī)劃電路板元件的布局布線文檔保存及輸出圖3-2-2 PCB圖的設計流程縉云職業(yè)中專項目二、二級放大

31、器PCB設計3裝入網絡表及PCB元件庫 該步驟的主要工作就是將已生成的網絡表裝入，此時元件的封裝會自動放置在印制電路板圖中，但這些元件封裝是疊放在一起的。若前面沒有生成網絡表，則在該步驟中，可以用手工的方法放置元件。4元件的布局 這一步可利用自動布局和手工布局兩種方式，將元件封裝放置在電路板邊框的適當位置。這里的“適當位置包含兩個意思，一是元件所放置的位置能使整個電路板看上去整齊美觀；二是元件所放置的位置有利于布線。5布線 這一步工作是完成元件之間的電路連接，有兩種方式：自動布線和手工布線。若在第三步中裝入了網絡表，則在該步驟中就可采用自動布線方式。在布線之前，還要設定好設計規(guī)則。6文檔的保存

32、及輸出 完成電路板的布線后，保存PCB圖，然后利用各種圖形輸出設備，輸出電路板的布線圖。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（二）PCB設計基本操作1啟動設計軟件印制板編輯器實際上是一個PCB板設計系統(tǒng)，它在前面設計原理圖和網絡表的基礎上，完成印制電路板的設計。啟動印制電路編輯器的過程與啟動原理圖編輯器類似，其操作步驟如下：（1）首先運行Protel 99SE應用程序，進入Protel 99SE，執(zhí)行File/New命令建立新的設計項目，或打開一個已存在的設計項目。（2）建立或打開文件后，系統(tǒng)將顯示如圖3-2-3所示的界面。此時用戶就可以進行創(chuàng)建新的文件操作。圖3-2-3 主界面圖3-2-

33、4 New Document對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（3）接著執(zhí)行當菜單中的File/New 命令，彈出New Document對話框，如圖3-2-4所示，選取PCB Document 圖標，然后單擊OK按鈕。（4）新建立的文件將包含在當前的設計數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)默認的文件名為“PCB1”，用戶可以在設計管理器中更改文件的文件名，更改文件名后顯示在設計數(shù)據(jù)庫中。單擊此文件時，系統(tǒng)將進入印制電路圖編輯器，此時可以用來實現(xiàn)電路原理圖 設計繪制的工具菜單全部顯示出來，如圖3-2-5所示，現(xiàn)在就可以進行圖形的設計與繪制。圖3-2-5 印制電路圖編輯界面網絡瀏覽器節(jié)點瀏覽器監(jiān)視器縉云職

34、業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計2工作層設置在實際的設計過程中，需要用戶設置工作層面，將自己需要的工作層面打開。（1）工作層面設置步驟執(zhí)行菜單Design/Options，系統(tǒng)將會出現(xiàn)如圖3-2-10所示的Document Options對話框。在該對話框中，用鼠標單擊Layers選項卡，即可進入工作層面設置對話框，從對話框中可以發(fā)現(xiàn)每一個工作層面前都有一個復選框。如果工作層面前的復選框中有符號“”，則表面工作層面處于關閉狀態(tài)。當單擊按鈕All On時，將打開所有的工作層面；單擊按鈕All Off時，所有的工作層面將處于關閉狀態(tài)；單擊按鈕Used On時，則可以由用戶設定工作層面。在圖3-2

35、-6中，用鼠標單擊Options選項卡，即可設置Options選項，如圖3-2-7所示。Options選項包括格點設置（Snap）、電氣柵格設置（Electrical）、計量單位設置等。3-2-6 工作層面設置對話框圖3-2-7 Options選項卡縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計在圖6-6的各個選項中可以進行相關參數(shù)設置。（Snap）X/Y（格點的設置） 格點的設置包括移動格點的設置和可視格點的設置。移動格點（Snap）主要用于控制工作空間的對象移動的間距。光標移動的間距由在Snap右邊的編輯選擇框輸入的尺寸確定，用戶可以分別設置X、Y向的格點間距。如果用戶已經在設計PCB板的工作界

36、面時，可以使用【CTRL+G】快捷鍵設置Snap Grids的編輯對話框來設置。Component X/Y用來設置控制元件移動的間距。Visible kind設置項用于設置顯示格點的類型。系統(tǒng)提供了兩種格點類型，即Lines（線狀）和Dots（點狀）。3-2-6 工作層面設置對話框圖3-2-7 Options選項卡縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計電氣柵格設置 用于設置電氣格點的屬性。它的含義與原理圖中的電氣格點的相同。選中Electrical Grids復選框表示具有自動捕捉焊點的功能。Range（范圍）用于設置捕捉半徑。在布置導線時，系統(tǒng)會以當前光標為中心，以Grid設置值為半徑捕捉

37、焊點，一旦捕捉到焊點，光標會自動加到該焊點上。Measurement Units（度量單位） 用于設置系統(tǒng)度量單位，系統(tǒng)提供了兩種度量單位，即Imperial (英制) 和Metric（公制），系統(tǒng)默認為英制。技巧：工作層面的選擇也可直接使用鼠標點擊圖紙屏幕上的標簽。3定義印制板尺寸定義電路板形狀及尺寸，實際上就是在禁止布線層（KeepOut Layer）上用走線繪制出一個封閉的多邊形（一般情況下繪制成一個矩形），多邊形的內部即為布局的區(qū)域。一般根據(jù)原理圖中的元器件數(shù)目、大小和分布來進行繪制。所繪多邊形的大小即實際印制電路板的大小。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計對于標準的界面卡，我們

38、可以利用講述定義電路板。下面簡單介紹一下常用電路板形狀和尺寸定義的操作步驟：將光標移至編輯區(qū)下面的工作層標簽上的“Keep Out Layer”，單擊鼠標左鍵，將禁止布線層設置為當前工作層。單擊放置工具欄上的布線按鈕，也可以執(zhí)行“Place/Interactive Routing”命令。在編輯區(qū)中適當位置單擊鼠標左鍵，開始繪制第一條邊。移動光標到合適位置，單擊鼠標左鍵，完成第一條邊的繪制。依次繪制，最后繪制一個封閉的多邊形。單擊鼠標右鍵取消布線狀態(tài)。要知道定義的電路板大小是否合適，可以查看印制電路板的大小。查看的方法為：“Reports/Board Information”命令。圖3-2-8

39、布局范圍示意圖執(zhí)行上述操作之后，將調出圖3-2-8所示的對話框，在對話框的右邊有一個矩形尺寸示 縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計意圖，所標注的數(shù)值就是實際印制電路板的大?。床季址秶拇笮。?。如果發(fā)現(xiàn)設置的布局范圍不合適，可以用移動整條走線、移動走線端點等方法進行調整。4設置元件庫根據(jù)設計的需要，裝入設計印制電路板所需要使用的幾個元件庫。其基本步驟如下：圖3-2-8 布局范圍示意圖縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計(1) 首先執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove Library。圖3-2-9添加/刪除元件庫(2) 執(zhí)行完該命令后，系統(tǒng)會彈出“添加/刪除元件庫”對話框，如

40、圖3-2-9所示。在該對話框中，找出原理圖中的所有元件所對應的元件封裝庫。選中這些庫，用鼠標單擊按鈕Add，即可添加這些元件庫。在制作PCB時比較常用的元件封裝庫有Advpcb.ddb、Dc to DC.ddb、General IC.ddb等，用戶還可以選擇一些自己設計所需的元件庫。(3) 添加完所有需要的元件封裝庫，然后單擊OK按鈕完成該操作，程序即可將所選中的元件庫裝入。圖3-2-9添加/刪除元件庫縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計5 放置元器件和從網絡表調用元器件 在印制板設計中，元器件的概念與原理圖中不同，在印制板中使用的是元器件封裝的概念，也就是元器件的外形封裝和焊盤；而在原理

41、圖中，元器件指的是圖形符號。在繪制印制板圖時，需要將在電路原理圖中所用到的各元器件的封裝準確地從元器件封裝庫中放置到印制板圖上。 定義了印制板的尺寸后，就可以把元器件封裝從封裝庫中取出，放置到印制板上，進行印制板布局。調用元器件有以下兩種方法?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（1）從元器件庫中直接放置 選中元器件庫瀏覽器中顯示的元器件庫，則此元器件庫所有的元器件將顯示在元器件瀏覽器中，選中所需的元器件后，單擊右下角的Place按鈕，光標便會跳到工作區(qū)中，同時光標上還帶著該元器件封裝，將光標移到合適位置后，單擊鼠標左鍵，即可放置該元器件封裝。當元器件處于懸浮狀態(tài)時，按下Tab，出現(xiàn)元器件

42、封裝屬性對話框。 此對話框共有Properties、Designator、Comment、三個選項卡，用于設置元器件封裝的標號、注釋文字（標稱值或型號）、元器件封裝所在層、元器件封裝是否鎖定狀態(tài)，注釋文字的字體、大小、所在層等。元器件放置好后，用鼠標左健雙擊該元器件，也可調出如圖3-2-10所示的屬性對話框，可以重新編輯元器件的屬性；若按下Global按鈕，可以進行全局修改，方法與SCH99中元器件屬性的全局修改方法相同?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計圖3-2-11 裝入網絡表對話框圖3-2-10 元器件屬性對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（2）從網絡表中調用元器件 規(guī)

43、劃好印制板，執(zhí)行“Design”“Netlist”裝入網絡表，屏幕出現(xiàn)圖3-2-11所示的對話框，按Browse按鈕選擇網絡表文件，如果網絡表沒有錯誤，則按下Execute按鈕，這時，所有的元器件都已經裝入了印制板中，而且都排列在已畫好的印制板圖的禁止布線邊框之內，但元器件都重疊在一起。通過自動布局將這些元器件分開，重新布置在印制板上。圖3-2-11所示的對話框，各部分的含義如下。Netlist File：在此欄中填入要裝載的網絡表文件名，也可單擊Browse按鈕，在彈出的對話框中指定所需的文件。Delete component not in netlist：選中該項，系統(tǒng)將刪除網絡表中不存在

44、的元器件。Update footprints：選中該項，在更新網絡連接時，將更新元器件封裝。Update footprints 下方的區(qū)域用于顯示網絡表裝入時生成的網絡宏（Netlist Macros）的內容?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計一般在使用PCB99進行印制板設計之前，要確保所有電路圖及相關的網絡表必須滿足PCB99的要求，為此要先檢查網絡表上是否存在錯誤。 裝載的網絡表要完全正確，牽涉到的因素很多，最主要的是原理圖元器件、網絡表、及PCB封裝之間和元器件管腳之間的匹配。（3）裝載網絡表文件出錯的修改網絡表出錯往往是電路圖元器件與PCB封裝不匹配引起的，這種錯誤稱為網絡宏錯

45、誤，分為警告和錯誤兩類，主要有以下幾種。 縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Component Already exists：企圖增加已存在的元器件。Component not found：元器件不存在。Footprint not found in Library：封裝在元器件庫中不存在。Net Already exists：企圖增加已存在的網絡。Net not found：網絡不存在。Node not found：節(jié)點不存在。Alternative footprint used instead（wanting）：程序自動使用了可能是不合適的元器件封裝（警告）。根據(jù)警告和錯誤，在SCH

46、99中修改完電路后，重新生成網絡表，在PCB 99中再重新載入網絡表，將元器件裝入了印制板中。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計5元器件布局 從網絡表中載入的元器件都疊在一起，需要將它們分開，放到合適的位置上。把元器件布設到印制板的適當位置上的過程稱為元器件布局。 （1）元器件自動布局 在進行自動布局前，先在Keep out Layer規(guī)劃好印制板，載入網絡表文件，元器件堆積在光標處，執(zhí)行“Tools”“Auto Place”，屏幕上出現(xiàn)如圖3-2-12所示的自動布局對話框，它有3個選項，即： Cluster Placer：組布局方式。這種自動布局方式根據(jù)連接關系將元器件劃分成組，然后按

47、照幾何關系放置元器件組。該方式一般在元器件較少的電路中使用。 Statistical Placer：統(tǒng)計布局方式。這種自動布局方式根據(jù)統(tǒng)計算法放置元器件，以便元器件之間的連線長度最短。該方式一般在元器件較多的電路中使用?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Quick Component Placer：快速布局。該選項只有在選中組布局方式時有效。在自動布局時，通常采用統(tǒng)計布局方式（Statistical Placer）。選中統(tǒng)計布局方式后，屏幕出現(xiàn)圖3-2-13所示的自動布局對話框，在該對話框中可以設置元器件組、元器件旋轉、電源網絡、地線網絡和布局柵格等。圖3-2-13 統(tǒng)計布局下自動布局對

48、話框圖3-2-12 自動布局對話框圖3-2-12 自動布局對話框圖3-2-13 統(tǒng)計布局下自動布局對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Group Component：選中此項，將當前網絡中聯(lián)系密切的元器件歸于一組。Rotate Component：選取此項，在元器件布局時，可以旋轉元器件。Power Nets：指定電源網絡名稱，該項必須指定，若有多個電源，可用空格隔開，如：VCC +12 +5。Ground Nets：指定地線網絡名稱，該項必須指定，如GND。Grid Size：設置元器件自動布局時的柵格間距。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計設置完畢，單擊OK按鈕，程序開始自

49、動布局，產生自動布局的印制板Place1，自動布局完成后，會出現(xiàn)一個對話框，提示自動布局完成。 關閉自動布局的印制板Place1的窗口，屏幕彈出一個對話框，提示是否更新電路圖板，單擊“是”按鈕，程序更新電路圖板，退出自動布局狀態(tài)。此時各元器件之間存在的連線稱為網絡飛線，體現(xiàn)了各節(jié)點之間的連接關系，它不是實際的連線，在布線時要用銅膜線來代替這些網絡飛線。 若對系統(tǒng)所做的自動布局結果不太滿意，可以再次進行自動市局。布局前一般對無需再調整的元器件設置為鎖定狀態(tài)，這樣再次進行自動布局時，這些元器件位置不會變化。設置鎖定狀態(tài)的方法為：雙擊元器件打開屬性對話框，在Properties選項中選中Locked

50、復選框。 如果對自動布局效果仍不滿意，可以進行手工調整，盡量減少網絡飛線的交叉，這樣可以提高自動布線的布通率?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（2）手工布局調整 手工布局調整主要目的是通過移動元器件、旋轉元器件的方法合理調整元器件的位置，減少網絡飛線的交叉，其中涉及到元器件的各種編輯方式。 元器件的選取 在編輯元器件之前，首先要選中元器件，單個元器件選取通過直接單擊元器件實現(xiàn)，多個元器件選取可用鼠標拉出方框進行。元器件的移動、旋轉 元器件的移動、旋轉可通過菜單“Edit”“Move”下的各種命令來完成。在元器件移動過程中，按下*鍵、+鍵、鍵可改變元器件所在的工作層；按下空格鍵、X鍵、Y

51、鍵可以旋轉元器件。元器件的移動、旋轉也可以用鼠標左鍵點住圖件不放，再執(zhí)行上述的快捷鍵實現(xiàn)。排列元件 排列元件可以執(zhí)行Tools/Interactive Placement子菜單的相關命令來實現(xiàn)，該子菜單一共有多種排列方式，可根據(jù)需要選擇相應的排列方式。常用的排齊方式有縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Left 將選取的元件，向左邊的元件對齊。Right 將選取的元件，向最右邊的元件對齊。Center (Horizontal) 將選取的元件，按元件的水平中心線對齊。Space equally (Horizontal) 將選取的元件，水平均鋪。Top 將選取的元件，向最上面的元件對齊。Bot

52、tom 將選取的元件，向最下面的元件對齊。Center(Vertical) 將選取的元件，按元件的垂直中心線對齊。Space equally (Vertical) 將選取的元件，垂直均鋪 ?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（三）設計規(guī)則設置1設計規(guī)則設置在進行自動布線前，首先要設置好設計規(guī)則，在設計規(guī)則制定好后，程序便會自動監(jiān)視印制板圖，檢查印制板圖中的圖件是否符合設計規(guī)則，若違反了設計規(guī)則，程序便會以高亮度顯示錯誤內容。執(zhí)行“Design”“Rules”，出現(xiàn)圖3-2-14所示的對話框，此對話框共有六個選項卡，分別設定與布線、制作、高頻電路、元器件自動布置、信號分析及其他方面有關的設

53、計規(guī)則。圖中選中的是有關布線的設計規(guī)則（Routing），在此選項卡中，左上角的Rule Classes欄中列出了有關布線的8個設計規(guī)則，右上方區(qū)域是在Rule Classes欄中所選取的設計規(guī)則的說明，下方是在Rule Classes欄中所選取的設計規(guī)則的具體內容?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計（1）有關布線的設計規(guī)則（Routing） 此選項定義有關布線的8個設計規(guī)則，具體如下： Clearance Constraint（間距限制規(guī)則） 此項設計規(guī)則用來限制具有導電特性的圖件之間的最小間距。在對話框的右下角有三個按鈕，Add用于新建間距限制設計規(guī)則、Delete用于刪除設計規(guī)則、

54、Properties用于修改設計規(guī)則，各自的具體作用為：圖3-2-14 設計規(guī)則對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計新建間距限制規(guī)則 單擊Add按鈕，出現(xiàn)圖3-2-15所示的對話框。左邊一欄用于設置規(guī)則適用的范圍，其中共有兩個Filter Kind下拉列表框，分別用于選擇需限制間距的A、B兩個圖件；右邊一欄是設置設計規(guī)則的參數(shù)，其中，Minimum Clearance欄中設置最小安全間距，其下的下拉列表框中共有三個選項：Different Nets Only（適用于不同網絡之間）、Same Net（適用于同一網絡內部）和Any Net（適用于任何網絡）。圖3-2-15 新建間距限制規(guī)

55、則圖3-2-16 新建拐彎方式規(guī)則對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Filter Kind下拉列表框中用于選擇需要約束的焊盤（Pad）、連線（FromTo）、連線類（FromTo class）、網絡（Net）、網絡類（Net Class）、元器件（Component）、元器件類（Component Class）、各種圖件（Object Kind）、信號層（Layer）和全板（Whole Board）等。 以上各欄設置完成后，單擊OK按鈕，完成間距設計規(guī)則的設定，設定好的內容將出現(xiàn)在設計規(guī)則對話框下方的具體內容一欄中。 Delete按鈕 在圖3-2-14所示的設計規(guī)則對話框下方設計內

56、容一欄中，用鼠標左鍵選取要刪除的規(guī)則，按下Delete按鈕，刪除選取的內容。 Properties按鈕 在圖3-2-14所示的設計規(guī)則對話框下方設計內容一欄中，用鼠標左鍵選取一項規(guī)則，再按此按鈕，出現(xiàn)圖3-2-15所示的對話框，對其中內容進行修改后，再單擊OK按鈕，修改后的內容便出現(xiàn)在具體內容欄中?？N云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計兩個圖件間的最小間距（即安全間距）的設定一般依賴于布線經驗，在板密度不高的情況下，間距可設大一些。最小間距的設置會影響到銅膜線走向，用戶應根據(jù)實際情況調節(jié)。 Routing Comers（拐彎方式規(guī)則） 此規(guī)則主要是在自動布線時，規(guī)定銅膜線拐彎的方式。按下Ad

57、d按鈕，出現(xiàn)圖3-2-16所示的拐彎方式對話框，設置規(guī)則適用范圍和規(guī)則參數(shù)。 Filter Kind下拉列表框內容與間距限制規(guī)則的相似，但多了一個Region選項，選取此項后，在Filter Kind下方會出現(xiàn)一選擇框用于定義一個矩形區(qū)域，其中的四個欄，即X1、n、X2、Y2分別代表矩形區(qū)域的兩個對角坐標，在其中填入相應數(shù)值即可；若不知道坐標值，則按下Define按鈕，回到工作窗口，在工作窗口中用鼠標拉出一個方框即可。 拐彎方式規(guī)則對話框右邊一欄是設置拐彎方式，銅膜線的拐彎方式有三種：45拐彎、90拐彎和圓弧拐彎。在Style下拉列表框中選擇所需的拐彎方式，其中，45拐彎和圓弧拐彎，有拐彎大小

58、的參數(shù)，在下方的Setback欄中設置拐彎的最小和最大值。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計Routing Layers（布線層規(guī)則） 此規(guī)則主要用于規(guī)定自動布線時所使用的工作層，以及布線時各層上銅膜線的走向。按下Add按鈕，出現(xiàn)圖3-2-17所示的新建布線層規(guī)則對話框，用于設置規(guī)則適用范圍和設置規(guī)則參數(shù)。 左邊一欄用于設置規(guī)則適用范圍，本欄中，有一個Filter Kind下拉框，定義適用范圍。 右邊一欄用于沒置自動布線時所用的信號層以及每一層上布線走向，本欄中，共有16個下拉框，其中，T、B代表頂層和底層，114代表14個中間信號層，每個下拉框的內容均相同。下拉框中常用內容如下：Not

59、 Used：不使用本層。Horizontal：本層水平布線。Vertical：本層垂直布線。Any：本層任意方向布線。縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計 布線時根據(jù)實際要求設置工作層，如單面布線，設置B為Any（底層任意方向布線）、其他層Not Used（不使用）；雙面布線時，設置T為Horizontal（頂層水平布線），B層為Vertical（底層垂直布線），其他層Not Used（不使用）。 Width Constraint（銅膜線寬度限制規(guī)則） 此規(guī)則用于設置銅膜線的寬度范圍，可定義一個最小值和一個最大值。按下Add按鈕，出現(xiàn)圖3-2-18所示的對話框，此對話框用于設置適用范圍和線

60、寬限制。圖3-2-17 布線規(guī)則設置對話框圖3-2-18線寬限制規(guī)則對話框縉云職業(yè)中專項目二、二級放大器PCB設計設置規(guī)則適用范圍 對話框的左邊一欄用于設置規(guī)則的適用范圍，其中，有一個Filter Kind下拉列表框，用于確定線寬設置的適用范圍。設置布線寬 對話框的右邊一欄用于設置規(guī)則參數(shù)，其中，Minimum Width一欄中填入設置銅膜線的最小寬度，Maximum Width一欄中填入設置銅膜線的最大寬度。自動布線時，布線的線寬限制在這個范圍內。在實際使用中，可以設定多個線寬限制規(guī)則，如要加粗地線的線寬，可以再設置一個針對地線網絡的線寬，如圖3-2-19所示，圖中地線的線寬設置為80 mi