二十3繪制PCB課件

印刷電路板設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)印刷電路板有兩個(gè)核心：合理的布局電氣元件在線路板上的位置，合理的布置銅膜走線的位置。因此就要學(xué)會(huì)合理的設(shè)置電路參數(shù)、合理的使用布局工具以及走線工具。本章將向讀者介紹如何設(shè)置電路參數(shù)、采用什么方法可以設(shè)計(jì)出合理并且高效率的電路板。通過本章的學(xué)習(xí)，將可以自主的設(shè)計(jì)出一塊實(shí)用的電路板。

9.3繪制印刷電路板（PCB）重點(diǎn)內(nèi)容：

設(shè)置工作層面及其顏色設(shè)置電路板設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)劃印刷電路板導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表元器件布局電路板布線參數(shù)設(shè)置手工布線

準(zhǔn)備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表

準(zhǔn)備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表是設(shè)計(jì)印刷電路板的前提，本章將結(jié)合前面電路原理圖設(shè)計(jì)中講解的多諧振蕩器所示的電路圖講解印刷電路板設(shè)計(jì)的全過程。

在完成電路板設(shè)計(jì)后首先應(yīng)該按照前面介紹的方法檢查電路是否正確，然后在原理圖編輯器中選擇主菜單欄里的DesignForProject/Protel菜單，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)的生成該電路的網(wǎng)路表文件。網(wǎng)絡(luò)表文件是用來檢查電路使用的。所以在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表之前，首先要檢查網(wǎng)絡(luò)表中的元器件的連線是否正確，在檢查完畢后就要進(jìn)行一系列的PCB參數(shù)設(shè)置以及準(zhǔn)備新的PCB文件用來接收載入的網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝。圖1工作層面參數(shù)設(shè)置對(duì)話框二、設(shè)置電路板設(shè)計(jì)參數(shù)：

在正式的設(shè)計(jì)電路板之前，還必須詳細(xì)的設(shè)置電路板的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，這些參數(shù)包括圖面屬性參數(shù)，還包括設(shè)計(jì)環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)。這一步驟看似簡單，但是在設(shè)計(jì)過程中卻是非常重要的一個(gè)步驟，它直接決定了設(shè)計(jì)過程中是否能夠順利的進(jìn)行下去，同時(shí)也決定了設(shè)計(jì)好的印刷電路板的是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

。圖2電路板圖面屬性參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

三、規(guī)劃印刷電路板：一般設(shè)計(jì)的印刷電路板都是裝在特殊的位置，那么就有嚴(yán)格的尺寸要求，因此需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)電路板的內(nèi)容和安裝位置確定電路板的大小，即規(guī)劃電路板尺寸，確定電路板的邊框，定義其電氣邊界。

在進(jìn)行PCB布局之前，先創(chuàng)建一個(gè)印刷電路板的電氣邊界，從而確定電路板的板框。通過設(shè)置電氣邊界可以使得整個(gè)電路板的元器件的布局和銅膜走線都在此邊界之內(nèi)操作。定義電路板框在KeepOutLayer層上進(jìn)行，由KeepOutLayer層上的軌跡線決定電路板的電氣邊界。

注意：只有設(shè)定了電氣邊界，才可以進(jìn)行自動(dòng)布局和自動(dòng)布線的操作。

規(guī)劃電路板的方法有兩種：利用PCB文件生成向?qū)б?guī)劃電路板；在電路板設(shè)計(jì)編輯器中規(guī)劃電路板的電氣邊界。完成對(duì)電路板的電氣邊界設(shè)置后，就要引入網(wǎng)絡(luò)表了。網(wǎng)絡(luò)表是連接電路原理圖和PCB圖的重要紐帶，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)表指示了各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系，是PCB圖自動(dòng)布線的依據(jù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的形成飛線來連接具有相同網(wǎng)絡(luò)序號(hào)的元器件引腳。注意引入網(wǎng)絡(luò)表的過程就是引入元器件封裝的過程。

已經(jīng)提到網(wǎng)絡(luò)表是檢查電路使用的，在設(shè)計(jì)印刷電路板的時(shí)候可以不使用網(wǎng)絡(luò)表，因?yàn)橄到y(tǒng)提供兩種方式用來載入網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝：在原理圖編輯狀態(tài)下載入網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝；在PCB編輯界面下載入網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝。下面就兩種方法分別做介紹。

在原理圖編輯狀態(tài)下直接選擇主菜單欄里的Design/UpdatePCB菜單。首先進(jìn)入電路原理圖設(shè)計(jì)界面，選擇主菜單欄里的Design/UpdatePCB菜單，系統(tǒng)會(huì)彈出如圖9.15所示的對(duì)話框。在此列表框中列出所有的元器件以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)話框的底部有四個(gè)按鈕，具體是ValidateChanges（用于檢查錯(cuò)誤）、ExecuteChanges（執(zhí)行由原理圖到PCB圖的轉(zhuǎn)換）、ReportChanges（顯示變化的結(jié)果）以及Close（關(guān)閉）。

當(dāng)點(diǎn)擊了ValidateChanges按鈕，對(duì)話框中的Check一欄中顯示檢查的結(jié)果，如果正確的化會(huì)在Check一欄中顯示，相反如果錯(cuò)誤會(huì)顯示。四、導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表：三、元器件布局：

印刷電路板的手工布局

打開所有要用到的PCB庫文件后調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件，然后遵循電磁兼容原則，合理的安排各個(gè)元器件的位置。布局的好壞直接影響PCB板的電氣性能和后面的布線成功率。盡管ProtelDXP提供了自動(dòng)布局的功能，但是一般而言都需要進(jìn)行手工調(diào)整。如果采用手工布局應(yīng)該從機(jī)械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾和將來布線的方便與否方面入手。

印刷電路板的手工布局指的就是在PCB編輯環(huán)境下以手工的方式將電路板上元器件放置到合理的位置。這種布局方式雖然可以使設(shè)計(jì)出來的電路板品質(zhì)達(dá)到完美階段，但是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力而且容易出錯(cuò)。只適合使用在元器件較少的場合。進(jìn)行手工布局沒有特定的步驟，一般按照相鄰走線較多的元器件就近排放，濾波電容應(yīng)應(yīng)該靠近濾波元器件，模擬電路和數(shù)字電路不要混合布局等一些規(guī)則進(jìn)行布局。手工布局結(jié)束后還要手工調(diào)整元器件的標(biāo)號(hào)位置。

手工布局的具體方法很簡單，直接使用鼠標(biāo)右鍵將各元器件拖動(dòng)到合理的位置放好，在此過程中可以配合空格鍵旋轉(zhuǎn)元器件放置到合理的位置上，當(dāng)然也可以配合X、Y鍵進(jìn)行水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)來獲得合理的布局格式。圖6布線參數(shù)設(shè)置對(duì)話框手工布線是指設(shè)計(jì)人員按照飛線指示的連接來手工布置銅膜走線。這種布線方式靈活且美觀，唯有布線效率低，容易出錯(cuò)等缺點(diǎn)。在進(jìn)行手工布線之前必須要做好以下準(zhǔn)備工作：合理設(shè)置在線設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查的參數(shù)。在線設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置合理后，可以實(shí)時(shí)的檢查手工布線正確與否。如果不符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則的銅膜走線將無法布置到電路板上，從而保證手工布置的銅膜走線都符合設(shè)計(jì)規(guī)則。因此在介紹手工布線之前，先介紹布線設(shè)計(jì)規(guī)則。五、手工布線：1.設(shè)置布線設(shè)計(jì)規(guī)則

首先點(diǎn)擊右鍵菜單中的Design/Rules命令或選擇主菜單欄里的Design/Rules命令，系統(tǒng)會(huì)彈出布線參賽設(shè)置對(duì)話框。在此參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，選擇設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置項(xiàng)（Electrical）。這一主菜單中包含安全間距設(shè)置（Clearance）、短路安全參數(shù)設(shè)置（ShortCircuit）和未布線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置（UnRoutedNet）。

（1）雙擊Clearance打開如圖7所示的安全間距參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。圖6安全間距參數(shù)設(shè)置對(duì)話框2.手工調(diào)整布線的相關(guān)技巧

完成了設(shè)計(jì)規(guī)則的參數(shù)設(shè)置，就可以對(duì)簡單的PCB板進(jìn)行或自動(dòng)布線布完美的走線進(jìn)行手工布線或手工調(diào)整。具體的手工布線方法在8.4中已經(jīng)介紹過了，具體可以參考關(guān)于如何繪制交互式銅膜走線的相關(guān)內(nèi)容。此處介紹如何調(diào)整現(xiàn)有的不合理的或不美觀的走線。在介紹交互式布線一節(jié)中已經(jīng)講解了如何利用最基本的方法進(jìn)行走線的更改，所以此處重點(diǎn)介紹利用系統(tǒng)自帶的Un-Route功能對(duì)現(xiàn)有的布局圖進(jìn)行走線調(diào)整。

ProtelDXP系統(tǒng)提供了不同的拆線工具，選擇主菜單欄里的Tools/Un-Route菜單命令，系統(tǒng)會(huì)彈出如圖9所示的子菜單。在此子菜單中包括進(jìn)行全局拆線（All）、對(duì)選定網(wǎng)絡(luò)拆線（Net）、對(duì)選定節(jié)點(diǎn)之間拆線（Connection）、對(duì)指定元器件拆線（Component）和對(duì)指定Room空間進(jìn)行拆線（Room）。整個(gè)過程是自動(dòng)布線的逆過程。圖8自動(dòng)拆線子菜單圖9在焊盤處選定網(wǎng)絡(luò)時(shí)彈出的菜單（1）全局拆線（All）。當(dāng)選擇了這一自動(dòng)拆線方式，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)已經(jīng)布線完成的電路板進(jìn)行拆線操作。（2）選定網(wǎng)絡(luò)拆線（Net）。當(dāng)選擇了這種自動(dòng)拆線方式后，鼠標(biāo)由光標(biāo)變成了一個(gè)十字狀，然后選擇要進(jìn)行拆線的網(wǎng)絡(luò)，本例中選擇電源VCC網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)選擇完成以后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的所有VCC網(wǎng)絡(luò)的所有布線，在選擇過程中要選擇VCC的飛線，如果選擇了具有VCC網(wǎng)絡(luò)的引腳，系統(tǒng)會(huì)彈出對(duì)話框，此處要選擇Track選項(xiàng)。拆線完成后圖的電路布局圖就轉(zhuǎn)換成如圖9所示布局圖。（3）選定節(jié)點(diǎn)之間拆線（Connection）。當(dāng)選擇了這種拆線方式后，鼠標(biāo)同樣由光標(biāo)變成了一個(gè)十字狀，然后選擇需要拆除的銅膜導(dǎo)線，本例中選擇主處理器C1和JP1之間的銅膜走線。完成拆線工作后，電路布局圖就轉(zhuǎn)換完成。（4）指定元器件拆線（Component）。選擇了這種拆線方式后，鼠標(biāo)的形狀由光標(biāo)轉(zhuǎn)變成十字狀。單擊需要拆線的元器件，此處以主CPU為例拆除其所有的銅膜走線。完成拆線工作后，電路布局圖就轉(zhuǎn)換成如布局圖。（5）指定范圍拆線（Room）。選擇此項(xiàng)以后，就可以對(duì)選定的范圍進(jìn)行拆線工作，但是由于本例中沒有用到這一功能項(xiàng)，所以此處無法舉例講解，不過設(shè)計(jì)人員可以自己嘗試一下指定范圍拆線的具體操作方式。

1、多諧振蕩器【知識(shí)要點(diǎn)：】

（1）規(guī)劃印刷電路板；（2）導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表；（3）元器件布局；（4）電路板布線參數(shù)設(shè)置，手工布線；六、實(shí)例練習(xí)操作演示：

封裝元件編號(hào)圖11元件清單【操作步驟：】

（2）為所有元件添加封裝，樣式如圖11所示；（3）生成電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)表文件，單擊Design->Netlist->Protel菜單命令項(xiàng)。此時(shí)在Project工作面板中自動(dòng)生成一個(gè)默認(rèn)名為PCBProject1.Net的項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)表文件，如圖12、13所示；【操作步驟：】

（4）編譯：單擊Project->CompilePCBProjects菜單命令項(xiàng)或者CompileAllProjects菜單命令，如圖14所示；注：編譯文件，選擇哪個(gè)命令最好根據(jù)實(shí)際情況而定，每個(gè)命令項(xiàng)的功能并非完全相同。編譯原理圖【操作步驟：】

圖17創(chuàng)建PCB文件【操作步驟：】

（6）新建PCB文件，單擊菜單命令項(xiàng)“－PCB”（文件－新建－PCB），如圖17所示，并保存文件；圖18邊框（7）規(guī)劃印刷電路板：選擇禁止布線層，Keep—OutLayer，畫出邊框，大小為1500*1000mil，如圖18所示，并保存文件；（8）在四個(gè)角放置螺絲，點(diǎn)擊按鈕“”（焊盤），焊盤的中心離邊框的距離為100mil，焊盤為通孔，半徑大小為100mil，如圖19、20所示；圖20圖19（10）點(diǎn)擊按鈕“”，如果“”項(xiàng)有紅色“叉號(hào)”，返回到原理圖修改，然后再生成網(wǎng)絡(luò)表，編譯，再導(dǎo)入檢查，如果仍然有錯(cuò)誤，還返回原理圖修改，重復(fù)檢查，直到?jīng)]有一個(gè)錯(cuò)誤，再點(diǎn)擊“”，一般只點(diǎn)擊一次，然后單擊按鈕“”，如圖22、23所示；【操作步驟：】

（11）然后單擊按鈕“”后，在PCB圖中裝載入所有元件的封裝樣式，如圖24所示；用鼠標(biāo)左鍵單擊綠色的區(qū)域內(nèi)部，然后按“Delete”鍵刪除綠色邊框，如圖25所示；

【操作步驟：】

圖24圖25

（12）印刷電路板手工布局：

遵循電磁兼容原則，合理的安排各個(gè)元器件的位置。布局的好壞直接影響PCB板的電氣性能和后面的布線成功率。采用手工布局應(yīng)該從機(jī)械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾和將來布線的方便與否方面入手。

印刷電路板的手工布局指的就是在PCB編輯環(huán)境下以手工的方式將電路板上元器件放置到合理的位置。這種布局方式雖然可以使設(shè)計(jì)出來的電路板品質(zhì)達(dá)到完美階段。進(jìn)行手工布局沒有特定的步驟，一般按照相鄰走線較多的元器件就近排放，濾波電容應(yīng)應(yīng)該靠近濾波元器件，模擬電路和數(shù)字電路不要混合布局等一些規(guī)則進(jìn)行布局。手工布局結(jié)束后還要手工調(diào)整元器件的標(biāo)號(hào)位置。

手工布局的具體方法很簡單，直接使用鼠標(biāo)右鍵將各元器件拖動(dòng)到合理的位置放好，在此過程中可以配合空格鍵旋轉(zhuǎn)元器件放置到合理的位置上，當(dāng)然也可以配合X、Y鍵進(jìn)行水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)來獲得合理的布局格式。布局格式如圖26所示；（僅供參考）【操作步驟：】

（13）盡可能地將一些元件的引腳放在同一條直線上，（水平直線或垂直直線----便于接下來的布線），調(diào)整字符的位置；（元件布局畫法不唯一，例子僅供參考）【操作步驟：】

圖26元件布局

（14）為了方便布局和布線，可以單擊菜單命令按鈕“Design-Option”，彈出“BoardOption”對(duì)話框，修改步長為10，（默認(rèn)為20mil），其他不變，如圖27、28所示;【操作步驟：】

圖27圖28圖29布線規(guī)則【操作步驟：】

（15）手工布線是指設(shè)計(jì)人員按照飛線指示的連接來手工布置銅膜走線。這種布線方式靈活且美觀。在進(jìn)行手工布線之前必須要做好以下準(zhǔn)備工作：合理設(shè)置在線設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查的參數(shù)。在線設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置合理后，可以實(shí)時(shí)的檢查手工布線正確與否。如果不符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則的銅膜走線將無法布置到電路板上，從而保證手工布置的銅膜走線都符合設(shè)計(jì)規(guī)則。因此在介紹手工布線之前，先介紹布線設(shè)計(jì)規(guī)則。單擊菜單命令按鈕“Design-Rules”，彈出“PCBRulesandConstraintsEditor”對(duì)話框，進(jìn)行線寬設(shè)置，如圖29、30所示;圖8在原理圖中修改參數(shù)后的連線圖30注：畫線要求：地線〉電源線〉信號(hào)線先畫地線，然后電源線，然后信號(hào)線，先畫最寬的以后如果未特殊聲明，除了地線和電源線外，其他的都為信號(hào)線，不做區(qū)分。走線要求最短，不要走直角和銳角，走鈍角彎。快捷鍵PT----走線，按Tab鍵----修改線的寬度。圖31圖32【操作步驟：】

（16）開始布線，導(dǎo)線寬度分別為地線（40mil）,電源線（30mil）,信號(hào)線（10mil），采取雙面走線。有頂層“Toplayer”和底層“Bottomlayer”。此處不限定哪條線一定要走哪一層。用鼠標(biāo)單擊按鈕“”，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)選擇，點(diǎn)擊“GND”,如圖31、32所示;

（17）點(diǎn)擊了“GND”后，所有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為“GND”的焊盤和飛線高亮度顯示，如圖33所示;圖12鋪銅的五種形式（18）鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕“BottomLayer”或者“TopLayer”，(不限定選擇哪一層），鼠標(biāo)單擊按鈕“”或者按快捷鍵“P+T”,將鼠標(biāo)放置在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為“GDN”的焊盤中