印制電路板的設(shè)計(jì)

第5章印制電路板的設(shè)計(jì)

5.1創(chuàng)建PCB圖文件5.2裝載元件庫5.3設(shè)置電路板工作層面5.4

規(guī)劃電路板5.5裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件5.6元件布局5.7布線和設(shè)置布線規(guī)則5.1創(chuàng)建PCB圖文件新建一個(gè)PCB圖文件可以進(jìn)入設(shè)計(jì)文件夾“【Document】”，執(zhí)行菜單命令【File】/【New】或在工作區(qū)內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【New】選項(xiàng)，會(huì)彈出如圖5-2所示的選擇文件類型的對(duì)話框。雙擊該對(duì)話框中的【PCBDocument】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個(gè)新的印制板電路圖文件，默認(rèn)的文件名為“PCB1.PCB”。在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上單擊、或在設(shè)計(jì)瀏覽器中該文件的文件名上雙擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入如圖5-3所的印制電路板編輯器。

5.2裝載元件庫在瀏覽器的組合框中，選擇庫【Libraries】，如圖5-4所示。用鼠標(biāo)左鍵單擊【Add/Remove】按鈕，將出現(xiàn)如圖5-5所示的關(guān)于引入庫文件的對(duì)話框。

5.3設(shè)置電路板工作層面5.3.1有關(guān)電路板的幾個(gè)基本概念銅膜線：簡稱導(dǎo)線，是敷銅經(jīng)腐蝕后形成的用于連接各個(gè)焊點(diǎn)的導(dǎo)線。印刷電路板的設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來完成的。飛線：用來表示連接關(guān)系的線。它只表示焊盤之間有連接關(guān)系，是一種形式上的連接，并不具備實(shí)質(zhì)性的電氣連接關(guān)系。飛線在手工布線時(shí)可起引導(dǎo)作用，從而方便手工布線。飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后生成的，而飛線所指的焊盤間一旦完成實(shí)質(zhì)性的電氣連接，則飛線自動(dòng)消失。當(dāng)同一網(wǎng)絡(luò)中，部分電氣連接斷開導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能完全連通時(shí)，系統(tǒng)就又會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生飛線提示電路不通。利用飛線的這一特點(diǎn)，可以根據(jù)電路板中有無飛線來大致判斷電路板是否已完成布線。焊盤、過孔：焊盤（Pad）的作用是放置、連接導(dǎo)線和元件引腳。過孔（Via）的主要作用是實(shí)現(xiàn)不同板層間的電氣連接。過孔主要有3種。穿透式過孔（Through）：從頂層一直打到底層的過孔。半盲孔（Blind）：從頂層遇到某個(gè)中間層的過孔，或者是從某個(gè)中間層通到底層的過孔。盲孔（Buried）：只在中間層之間導(dǎo)通，而沒有穿透到頂層或底層的過孔。 單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，敷銅的一面用來布線及焊接，另一面放置元件。單面板成本低，但只適用于比較簡單的電路設(shè)計(jì)。

雙面板：電路板的兩面都敷銅，所以兩面都可以布線和放置元件，頂面和底面之間的電氣連接是靠過孔實(shí)現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。

多層板：不但可以在電路板的頂層和底層布線，還可以在頂層和底層之間設(shè)置多個(gè)可以布線的中間工作層面。用多層板可以設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的電路。長度單位及換算：Protel99SE的PCB編輯器支持英制（mil）和公制（mm）兩種長度計(jì)量單位。它們的換算關(guān)系是：100mils=2.54mm（其中1000mils=1Inches）。執(zhí)行菜單命令【View】/【ToggleUnits】就能實(shí)現(xiàn)這兩種單位之間的相互轉(zhuǎn)換。也可以按快捷鍵Q進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后工作區(qū)坐標(biāo)的單位和其他長度信息的單位都會(huì)轉(zhuǎn)換為mm（或mil）。安全間距：進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊點(diǎn)及元件的相互干擾，必須使它們之間留出一定的距離，這個(gè)距離稱之為安全間距（Clearance）。5.4.2工作層面的類型Protel99SE提供了若干不同類型的工作層面，包括信號(hào)層（Signallayers）、內(nèi)部電源/接地層（Internalplanelayers）、機(jī)械層（Mechanicallayers）、阻焊層（Soldermasklayers）、錫膏防護(hù)層（Pastemasklayers）、絲印層（Silkscreenlayers）、鉆孔位置層（DrillLayers）和其他工作層面（Others）。下面介紹各工作層面的功能。1．信號(hào)層（Signallayers）信號(hào)層主要是用來放置元件（頂層和底層）和導(dǎo)線的。

2．內(nèi)部電源/接地層（Internalplanelayers）內(nèi)部電源/接地層主要用來放置電源線和地線。

3．機(jī)械層（Mechanicallayers） 機(jī)械層一般用于放置有關(guān)制板和裝配方法的信息。

4．阻焊層（Soldermasklayers） 阻焊層有2個(gè)TopSolderMask（頂層阻焊層）和BottomSolder（底層阻焊層），用于在設(shè)計(jì)過程中匹配焊盤，并且是自動(dòng)產(chǎn)生的。

5．錫膏防護(hù)層（Pastemasklayers）錫膏防護(hù)層的作用與阻焊層相似，但在使用熱對(duì)流（hotre-flow）技術(shù)安裝貼片元件時(shí)，錫膏防護(hù)層用來建立阻焊層的絲印。

6．絲印層（Silkscreenlayers）絲印層主要用于繪制元件的輪廓、放置元件的編號(hào)或其他文本信息。

7．鉆孔層（Drilllayer）鉆孔層主要是為制造電路板提供鉆孔信息，該層是自動(dòng)計(jì)算的。Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing兩個(gè)鉆孔層。8．禁止布線層（KeepOutLayer）:

禁止布線層用于定義放置元件和布線區(qū)域的。

9．多層（Multilayers）:

多層代表信號(hào)層，任何放置在多層上的元件會(huì)自動(dòng)添加到所在信號(hào)層上，所以可以通過多層，將焊盤或穿透式過孔快速地放置到所有的信號(hào)層上。10．DRC錯(cuò)誤層（DRCErrors）:用于顯示違反設(shè)計(jì)規(guī)則檢查的信息。11．連接層（Connection）該層用于顯示元件、焊盤和過孔等對(duì)象之間的電氣連線。5.4.3設(shè)置工作層面設(shè)置方法可以執(zhí)行菜單命令【Design】/【Option】，出現(xiàn)【DocumentOption】對(duì)話框，選擇其中的【Layers】標(biāo)簽即可進(jìn)入工作層面設(shè)置對(duì)話框，如圖5-7所示。

進(jìn)入【Option】選項(xiàng)卡，結(jié)果如圖5-8所示。在該選項(xiàng)卡中可對(duì)【Grid】（柵格）、【ElectricalGrid】（電氣柵格）、【Measurement】（計(jì)量單位）等選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。

1．設(shè)置信號(hào)層和內(nèi)部電源/接地層

執(zhí)行菜單命令【Design】/【LayerStackManager】，在屏幕上彈出如圖5-9所示的工作層面管理對(duì)話框。2．設(shè)置Mechanicallayers執(zhí)行菜單命令【Design】/【MechanicalLayers】，彈出如圖5-11所示的機(jī)械層設(shè)置對(duì)話框，單擊【Mechanical】復(fù)選框，可打開機(jī)械層，并可設(shè)置機(jī)械層名稱等參數(shù)。設(shè)置完信號(hào)層、內(nèi)部電源/接地層和機(jī)械層后，設(shè)置工作層面對(duì)話框變?yōu)槿鐖D5-12所示。

5.5

規(guī)劃電路板所謂規(guī)劃電路板，就是根據(jù)電路的規(guī)模以及公司或制造商的要求，具體確定所需制作電路板的物理外形尺寸和電氣邊界。電路板規(guī)劃的原則是在滿足公司或制造商的要求的前提下，盡量美觀且便于后面的布線工作。

首先設(shè)定當(dāng)前的工作層面為【KeepOutLayer】。單擊下方的【KeepOutLayer】標(biāo)簽即可將當(dāng)前的工作層面切換到KeepOutLayer層面，如圖5-13所示。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件一、利用設(shè)計(jì)同步器裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件的具體操作步驟如下。在原理圖編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【UpdatePCB】，出現(xiàn)如圖5-17所示的對(duì)話框。二、利用原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表文件裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件。 生成網(wǎng)絡(luò)表的方法，可以在原理圖的設(shè)計(jì)的工作環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【CreateNetlist…】，可以看到隨后會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表文件“*.net”。 在利用網(wǎng)絡(luò)表文件裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件時(shí)，可以在PCB編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【LoadNets】，出現(xiàn)如圖5-22所示的裝入網(wǎng)絡(luò)表的對(duì)話框。

5.7元件布局5.7.1元件的自動(dòng)布局

Protel99SE提供了強(qiáng)大的元件自動(dòng)布局的功能，可以通過程序算法自動(dòng)將元件分開，放置在規(guī)劃好的電路板電氣范圍內(nèi)。

元件自動(dòng)布局的實(shí)現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer…】，出現(xiàn)如圖5-27所示的對(duì)話框。

對(duì)話框中選項(xiàng)的定義如下?！綜luserPlacer】： 成組布局方式?！維tatisticalPlacer】： 統(tǒng)計(jì)布局方式。【QuickComponentPlacement】： 快速元件布局。

【GroupComponents】：該選項(xiàng)的功能是將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中連接密切的元件歸為一組。排列時(shí)該組的元件將作為整體考慮，默認(rèn)狀態(tài)為選中?！綬otateComponent】：該選項(xiàng)的功能是根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接與排列的需要使元件或元件組旋轉(zhuǎn)方向。若未選中該選項(xiàng)則元件將按原始位置放置。默認(rèn)狀態(tài)為選中?！綪owerNets】：電源網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“VCC”。【GroundNets】：接地網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“GND”?！綠ridSize】：設(shè)置元件自動(dòng)布局時(shí)格點(diǎn)的間距大小。

元件的布局要考慮以下幾個(gè)方面的問題:（1）元件布局應(yīng)便于用戶的操作使用。（2）盡量按照電路的功能布局。（3）數(shù)字電路部分與模擬電路部分盡可能分開。（4）特殊元件的布局要根據(jù)不同元件的特點(diǎn)進(jìn)行合理布局。（5）應(yīng)留出電路板的安裝孔和支架孔以及其他有特殊安裝要求的元件的安裝位置等。

5.7.2元件的手工布局與調(diào)整5.7.3元件標(biāo)注的調(diào)整對(duì)元件進(jìn)行一系列的調(diào)整后，元件的標(biāo)注過于雜亂，影響了電路板的美觀。所以，需要對(duì)元件標(biāo)注進(jìn)行調(diào)整。用戶可以對(duì)元件的標(biāo)注進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和編輯等操作。5.8布線和設(shè)置布線規(guī)則在進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)布線之前，一項(xiàng)非常重要的工作就是根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定布線的參數(shù)。參數(shù)包括布線層面、布線優(yōu)先級(jí)別、布線的寬度、布線的拐角模式、過孔孔徑類型、尺寸等。第6章

PCB圖設(shè)計(jì)常用操作功能6.1放置工具的使用6.2選用元件與元件瀏覽6.3元件屬性的編輯6.4原件的移動(dòng)刪除與剪切粘貼6.5元件的排列與對(duì)齊6.6

敷銅的應(yīng)用6.7

補(bǔ)淚滴的應(yīng)用6.1放置工具的使用Protel99SE-PCB的繪圖工具包含在放置工具欄【PlacementTools】中，打開或關(guān)閉放置工具欄的方法可以執(zhí)行菜單命令【View】/【Tools】/【PlacementTools】，打開的工具欄如圖6-1所示。

6.1.1繪制導(dǎo)線的具體方法有：

執(zhí)行菜單命令【Place】/【InteractiveRouting】；

單擊放置工具欄中的 按鈕。

6.1.2放置焊盤的方法有：

執(zhí)行菜單命令【Place】/【Pad】；

單擊放置工具欄中的 按鈕即可。

6.1.3放置過孔及其屬性編輯

執(zhí)行菜單命令【Place】/【Via】；

單擊放置工具欄中的 按鈕。

6.1.4放置字符串

執(zhí)行菜單命令【Place】/【String】；

單擊放置工具欄中的 按鈕。

6.1.5放置元件除了用網(wǎng)絡(luò)表裝入元件外，用戶還可以將元件手工放置到各種平面上。放置元件的具體實(shí)現(xiàn)方法有：

執(zhí)行菜單命令【Place】/【Component】；

單擊放置工具欄上的 按鈕6.1.6放置矩形填充執(zhí)行菜單命令【Place】/【Fill】，或單擊放置工具欄中的 按鈕。

6.1.7放置多邊形填充執(zhí)行菜單命令【Place】/【PolygonPlane】或單擊放置工具欄中的 按鈕，之后，會(huì)出現(xiàn)如圖6-25所示的多邊形屬性對(duì)話框。

6.2選用元件與元件瀏覽6.2.1裝載與卸載元件庫

裝載元件的方法可以單擊瀏覽器下面的【Add/Remove】按鈕，或者直接單擊主工具欄上的 按鈕。屏幕上出現(xiàn)如圖6-29所示的對(duì)話框。

6.2.2瀏覽元件單擊瀏覽器的【Browse】按鈕或直接單擊主工具欄上的 按鈕即可。隨后，可以看到瀏覽元件的對(duì)話框，如圖6-31所示。

6.2.3直接選用元件執(zhí)行菜單命令【Place】/【Part】或單擊工具欄上的 按鈕，即可彈出如圖6-32所示的對(duì)話框，進(jìn)入元件的選用狀態(tài)。

6.3元件屬性的編輯6.3.1單個(gè)元件屬性編輯如果用戶想要對(duì)PCB圖中某個(gè)元件的屬性進(jìn)行重新設(shè)定，可以執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Change】來實(shí)現(xiàn)。隨后，光標(biāo)變成十字形狀。將光標(biāo)移到想要改變屬性的元件上，單擊。將會(huì)出現(xiàn)如圖6-41所示的對(duì)話框。

6.3.2

多個(gè)元件屬性的整體編輯

有時(shí)，需要一下子修改多個(gè)同類元件的屬性。當(dāng)然，可以按照上面的方法一個(gè)一個(gè)的加以修改，顯然這將是一個(gè)巨大的工作量。其實(shí)，系統(tǒng)本身提供的功能可以讓我們大大減少這樣的工作量。下面，就來看看如何來實(shí)現(xiàn)?？梢栽谏厦娴膶?duì)話框出現(xiàn)后，單擊【Global>>】按鈕，即可出現(xiàn)如圖6-42所示的對(duì)話框。

6.4元件的移動(dòng)、刪除與剪切粘貼6.4.1元件移動(dòng)

移動(dòng)元件的具體操作方法：執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Move】，將會(huì)出現(xiàn)如下的子菜單，如圖6-43所示。

6.4.2元件刪除刪除元件的方法，可以執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Delete】

6.4.3元件剪切、粘貼6.5元件的排列與對(duì)齊

在PCB圖的設(shè)計(jì)過程中，為了元件排列的整體美觀，肯定要做元件的排列和對(duì)齊的工作。而元件的排列與對(duì)齊往往是用圖6-49所示的工具欄中的按鈕來實(shí)現(xiàn)的。而該工具欄的打開或關(guān)閉可以通過執(zhí)行菜單命令【View】/【Toolbars】/【Componentplacement】實(shí)現(xiàn)。

6.6敷銅的應(yīng)用

具體的實(shí)現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Place】/【PolygonPlane】，即可出現(xiàn)如圖所示的對(duì)話框。其中包括5個(gè)區(qū)域，說明如下。

【NetOptions】：本區(qū)域用于設(shè)定銅膜與網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，其中包括一個(gè)欄及兩個(gè)選項(xiàng)，說明如下：

【Connecttonet】：本欄用于設(shè)定該敷銅所要連接的網(wǎng)絡(luò)。

【PourOverSameNet】：本選項(xiàng)用于設(shè)定，敷銅時(shí)如果遇到相同網(wǎng)絡(luò)走線，是否直接覆蓋之。

【RemoveDeadCopper】：本選項(xiàng)用于設(shè)定，敷銅時(shí)是否要?jiǎng)h除孤立而無法連接到指定網(wǎng)絡(luò)的敷銅。

【PlaceSetting】：本區(qū)域用于設(shè)定敷銅的柵格間距與所在板層，其中包括3個(gè)欄及一個(gè)選項(xiàng)，說明如下。

【GridSize】：本欄用于設(shè)定敷銅的柵格間距。

【TrackWidth】：本欄用于設(shè)定敷銅的線寬，如果線寬大于或等于敷銅的柵格間距，電路板空白處將會(huì)敷滿銅。

【Layer】：本欄用于設(shè)定敷銅的板層。

【LockPrimitives】：本選項(xiàng)用于設(shè)定該敷銅為整體的敷銅還是一般的走線，通常都要選擇本選項(xiàng)。

【HatchingStyle】：本區(qū)域用于設(shè)定該敷銅的類型，其中包括5種敷銅的類型，說明如下。

【90-DegreeHatch】：本選項(xiàng)設(shè)定進(jìn)行90°線的敷銅。

【45-DegreeHatch】：本選項(xiàng)設(shè)定進(jìn)行45°線的敷銅。

【VerticalHatch】：本選項(xiàng)設(shè)定進(jìn)行垂直敷銅。

【HorizontalHatch】：本選項(xiàng)設(shè)定進(jìn)行水平敷銅。

【NoHatching】：本選項(xiàng)設(shè)定進(jìn)行透空的敷銅。

【SurroundPadswith】：本區(qū)域的功能是確定銅膜與焊點(diǎn)間的圍繞方法，各項(xiàng)說明如下。

【Octagon】：本選項(xiàng)設(shè)定用八角形繞邊。

【Arc】：本選項(xiàng)設(shè)定用圓孤繞邊。

【MinimumPrimitivesSize】：本區(qū)域用于設(shè)定允許的最短敷銅線。6.7補(bǔ)淚滴的應(yīng)用淚滴是指導(dǎo)線與焊點(diǎn)或?qū)Ь€的連接處的過度區(qū)域。此區(qū)域通常設(shè)計(jì)為淚滴形狀，是為了防止在鉆孔的時(shí)候的應(yīng)力集中而使接觸處斷裂。補(bǔ)淚滴的方法可以執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Teardrops】，會(huì)彈出如圖所示的對(duì)話框。

第7章創(chuàng)建自己的PCB元件7.1認(rèn)

識(shí)

元

件7.2啟動(dòng)PCB元件庫編輯器7.3關(guān)于PCB元件庫編輯器7.4創(chuàng)建一個(gè)PCB元件7.5利用向?qū)?chuàng)建PCB新元件7.1認(rèn)

識(shí)

元

件7.1.1原理圖元件與PCB元件7.1.2針腳式元件

所謂針腳式元件，就是元件的引腳是一根導(dǎo)線，安裝元件時(shí)該導(dǎo)線必須通過焊盤穿過電路板焊接固定。所以在電路板上，該元件的引腳要有焊盤，焊盤必須鉆一個(gè)能夠穿過引腳的孔（從頂層鉆通到底層），下圖所示為針腳式元件的封裝圖，其中的焊盤屬性中的Layer板層屬性必須設(shè)為MultiLayer。

7.1.3表面貼裝式元件

表面貼裝式元件是直接把元件貼在電路板表面上。它是靠粘貼