印制電路板圖的設計環(huán)境及設置

印制電路板圖的設計環(huán)境及設置第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.1印制電路板概述

印制電路板簡稱為PCB（PrintedCircuitBoard），又稱印制版，是電子產(chǎn)品的重要部件之一。電路原理圖完成以后，還必須設計印制電路板圖，最后由制板廠家依據(jù)用戶所設計的印制電路板圖制作出印制電路板。5.1.1印制電路板結構

印制電路板的制作材料主要是絕緣材料、金屬銅及焊錫等。一般來說，可分為單面板、雙面板和多層板。

1．單面板一面敷銅，另一面沒有敷銅的電路板。單面板只能在敷銅的一面放置元件和布線，適用于簡單的電路。第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2．雙面板

雙面板包括頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer）兩層，兩面敷銅，中間為絕緣層，兩面均可以布線，一般需要由過孔或焊盤連通。雙面板可用于比較復雜的電路，是比較理想的一種印制電路板。3．多層板

多層板一般指3層以上的電路板。它在雙面板的基礎上增加了內(nèi)部電源層、接地層及多個中間信號層。隨著電子技術的飛速發(fā)展，電路的集成度越來越高，多層板的應用也越來越廣泛。但由于多層電路板的層數(shù)增加，給加工工藝帶來了難度，同時制作成本也很高。第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.1.2元件封裝

元件封裝是指實際元件焊接到電路板時所指示的外觀和焊盤位置。不同的元件可以共用同一個元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝，元件的封裝可以在設計電路原理圖時指定，也可以在引進網(wǎng)絡表時指定。

1．元件封裝的分類

（1）插針式元件封裝，如圖5.1所示。插針式元件在焊接時先將元件針腳插入焊盤導通孔，然后再焊錫。由于插針式元件封裝的焊盤導孔貫穿整個電路板，所以在其焊盤的屬性對話框中，“Layer”板層屬性必須為“MultiLayer”（多層）。（2）表貼式元件封裝，如圖5.2所示。SMD元件封裝的焊盤只限于表面板層。

第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.1插針式元件封裝第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

圖5.2表貼式元件封裝第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

在其焊盤的屬性對話框中，“Layer”板層屬性必須為單一表面，即“TopLayer”（頂層）或者“BottomLayer”（底層）。在PCB板設計中，常將元件封裝所確定的元件外形和焊盤簡稱為Component(元件)。2．元件封裝的編號

元件封裝的編號一般為“元件類型+焊盤距離（焊盤數(shù)）+元件外形尺寸”。可以根據(jù)元件封裝編號來判別元件封裝的編號規(guī)格。如AXIAL0.4表示此元件封裝為軸狀的，兩焊盤間距為400mil（約等于10mm）；DIP16表示雙列直插式的器件封裝，兩排共16個引腳。

第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.1.3印制電路板圖的基本元素包括元件封裝、銅膜導線、助焊膜和阻焊膜、層、焊盤和過孔、絲印層。1．元件封裝常見元件的封裝介紹如下：（1）插針式電阻封裝系列名為“AXIALxxx”，其中“AXIAL”表示軸狀的包裝方式；AXIAL后的“xxx”（數(shù)字）表示該元件兩個焊盤間的距離。后綴數(shù)越大，其形狀越大。如圖5.3所示。圖5.3軸狀元件封裝第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（2）扁平狀電容常用“RADxxx”作為無極性電容元件封裝，如圖5.4所示。

圖5.4扁平元件封裝第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）園筒狀封裝常用“RBx/x”作為有極性的電解電容器封裝，“RB”后的兩個數(shù)字，分別表示焊盤之間距離和圓筒的直徑，單位是in（英寸），如圖5.5所示。

圖5.5圓筒狀封裝第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（4）二極管類元件常用封裝系列名稱為“DIODExxx”，其中“xxx”表示功率，如圖5.6所示。

圖5.6二極管類元件封裝

第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（5）三極管類元件常用封裝系列名稱為“TOxxx”，其中“xxx”表示三極管類型，如圖5.7所示。

圖5.7三極管類元件封裝第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

2．銅膜導線

簡稱導線，用于連接各個焊盤，是印制電路板最重要的部分。印制電路板設計都是圍繞如何布置導線來進行的。另外有一種線為預拉線，常稱為飛線，飛線是在引入網(wǎng)絡表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，用來指引布線的一種連線。

※飛線與導線有本質(zhì)的區(qū)別，飛線只是一種形式上的連線。它只是形式上表示出各個焊盤間的連接關系，沒有電氣的連接意義。導線則是根據(jù)飛線指示的焊盤間的連接關系而布置的，是具有電氣連接意義的連接線路。

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3．助焊膜和阻焊膜

助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的淺色圓。阻焊膜是為了使制成的板子適應波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘焊，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫?？梢姡@兩種膜是一種互補關系。4．層

Protel的“層”是印制板材料本身實實在在的銅箔層。目前，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印制板不僅上下兩面可供走線，在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔。這些層因加工相對較難而大多用于設置走線較為簡單的電源布線層，并常用大面積填充的辦法來布線。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用“過孔（Via）”來溝通。

第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五※注意：一旦選定了所用印制板的層數(shù)，務必關閉那些未被使用的層，以免布線出現(xiàn)差錯。

5．焊盤和過孔焊盤的作用是放置焊錫、連接導線和元件引腳。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。過孔的作用是連接不同板層的導線。過孔有3種，即從頂層貫通到底層的穿透式過孔、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過孔以及內(nèi)層間的隱蔽過孔。第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五過孔從上面看上去，有兩個尺寸，即通孔直徑和過孔直徑，通孔和過孔之間的孔壁，由與導線相同的材料構成，用于連接不同層的導線。6．絲印層為方便電路的安裝和維修，需要在印制板的上下兩表面印制上所需要的標志圖案和文字代號，例如元件標號和標稱值、元件外廓形狀和廠家標志、生產(chǎn)日期等等，這就是絲印層(SilkscreenTop/BottomOverlay)。第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.2PCB文件的建立和保存5.2.1新建PCB文件

進入Protel99SE系統(tǒng)后，首先從File菜單中打開一個已存在的設計庫，或執(zhí)行File\New命令建立新的設計管理器。進入設計管理器后，執(zhí)行菜單命令“File\New…”，打開新建文件對話框，如圖5.8所示。選取該對話框中的PCBDocument圖標，單擊“OK”按鈕；或直接雙擊“PCBDocument”圖標即可創(chuàng)建一個新的PCB文件，新建的PCB文件的文件名默認為“PCB1”，這個文件將包含在當前的設計庫中，此時用戶可輸入新的文件名，然后按Enter鍵。

雙擊新建文件圖標，則進入到印制電路板編輯窗口，如圖5.9所示。第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.8新建文件對話框第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

圖5.9印制電路板編輯窗口第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.2.3保存PCB文件保存PCB文件的方法有多種：執(zhí)行菜單命令“File\save”，保存PCB文件；單擊工具欄中的保存按鈕，保存當前正編輯的PCB文件；執(zhí)行菜單命令“File\SaveAll”，保存所有文件。另外，Protel99SE還可以將PCB文件存為其他格式的文件。第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.3PCB編輯器的工具欄及視圖管理5.3.1PCB編輯器的工具欄Protel99SE為PCB設計提供了4個工具欄，包括MainToolbar（主工具欄）、PlacementTools（放置工具欄）、ComponentPlacement（元件布置工具欄）和FinkSelections（查找選取工具欄）。1．主工具欄

該工具欄為用戶提供了縮放、選取對象等命令按鈕，如圖5.14所示。圖5.14主工具欄

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主工具欄打開與關閉操作：通過選擇“View”菜單，然后在彈出的下拉菜單中選擇“Toolbars”選項，之后在彈出的第二層下拉菜單中選擇“MainToolbar”命令，如圖5.15所示。若主工具欄當前處于打開狀態(tài)，執(zhí)行上述命令則將其關閉，若再次執(zhí)行此命令，則可將其打開。

圖5.15視圖菜單

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調(diào)整主工具欄的放置位置：將鼠標指針移到主工具欄中的任一按鈕上，單擊鼠標右鍵，就會彈出一個快捷菜單，如圖5.16所示。執(zhí)行某個快捷菜單命令，就可以將主工具欄放置在窗口的左邊、右邊、頂部、底部或隱藏。圖5.16快捷菜單第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2．放置工具欄放置工具欄是通過執(zhí)行“View\Toolbars\PlacementTools”菜單命令來進行打開或關閉的，打開的放置工具欄如圖5.17所示。該工具欄主要提供圖形繪制以及布線命令。圖5.17放置工具欄第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.3.2PCB編輯器的視圖管理

拖動視圖的操作方法是：當PCB編輯器處于空閑狀態(tài)時，即不處于布線、放置實體等任何命令狀態(tài)時，按住鼠標的右鍵不放，此時光標指針變成了一個手的形狀。拖動鼠標（此時畫面一起移動）到編輯區(qū)合適的位置，然后松開鼠標右鍵，即可改變視圖中對象在編輯區(qū)中的位置。第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.5設置電路板工作層

Protel99SE現(xiàn)擴展到32個信號層，即頂層，底層和30個中間層，可得到16個內(nèi)部板層和16個機械板層。在實際的設計過程中，幾乎不可能打開所有的工作層，這就需要用戶設置工作層，將自己需要的工作層打開。5.5.1Protel99SE工作層的類型

在PCB設計環(huán)境下，直接選擇主菜單“Design（設計）”下的“Options（選項）”命令。就可以看到如圖5.37所示的工作層設置對話框。此對話框分為“Layers”板層標簽頁和“Options”選項標簽頁。

第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.37工作層設置對話框第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

Layers標簽頁包括8個區(qū)域，用于設置各板層的打開狀態(tài)。如果需要打開某一個信號層，可以用鼠標單擊該信號層名稱，當其名稱左邊的復選框出現(xiàn)“√”號時表示該信號層處于打開顯示狀態(tài)。再單擊時“√”號將消失，相應的信號層也會關閉。其內(nèi)容分述如下：1.“SignalLayers”信號板層信號板層主要是電氣布線的敷銅板層，用于放置與信號有關的電氣元素。如TopLayer（頂層）用作放置元件面；BottomLayer（底層）用作焊錫面；MidLayer為中間工作層，用于布置信號線。

第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2．“InternalPlane”內(nèi)部板層

內(nèi)部板層主要是用于布置電源和接地線。如果用戶設置了內(nèi)層電源/接地層，則會顯示內(nèi)部的層面，否則不會顯示。

3．“MechanicalLayers”機械板層制作PCB時，系統(tǒng)默認的信號層為兩層，所以機械層默認時只有一層，不過可以設置更多的機械層，在Protel99SE中最多可以設置16個機械層。

4．“Masks”助焊膜及阻焊膜Protel99SE提供：TopSolderMask(頂層助焊膜)、BottomSolderMask（底層助焊膜）、TopPasteMask(頂層阻焊膜)、BottomPasteMask（底層阻焊膜）。第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5．“Silkscreen”絲印層

絲印層主要用于繪制元件外形輪廓以及標識元件標號等，主要包括頂層絲印層（Top）、底層絲印層（Bottom）兩種。6．“Other”其他工作層

Other有4個復選框，各復選框的意義如下：Keepout（禁止布線層）：選中表示打開禁止布線層，用于設定電氣邊界，此邊界外不能布線。Multilayer（多層）：選中表示打開多層（通孔層）；若不選擇此項，焊盤、過孔將無法顯示出來。Drillguide：主要用來選擇繪制鉆孔導引層。Drilldrawing：主要用來選擇繪制鉆孔圖層。第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五7.“System”系統(tǒng)設置系統(tǒng)設置設計參數(shù)的各選項如下：DRCErrors：用于設置是否顯示自動布線檢查錯誤信息。Connections：用于設置是否顯示飛線，在絕大多數(shù)情況下都要顯示飛線。PadHoles：用于設置是否顯示焊盤通孔。ViaHoles：用于設置是否顯示過孔的通孔。VisibleGrid1：用于設置是否顯示第一組柵格。VisibleGrid2：用于設置是否顯示第二組柵格。在圖5.34中，還有3個按鍵，即“AllOn（全開）”，“AllOff（全關）”和“UsedOn（用了才開）”?！鶊D5.34是雙層板的建議性選項設置。第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.5.3

工作層參數(shù)的設置選擇菜單“Design/Options”命令，在系統(tǒng)彈出的“DocumentOptions”文檔選項對話框中選擇“Options”標簽頁，如圖5.38所示。在該對話框中可以進行工作層參數(shù)的設置。1．“Grids”柵格設置（1）SnapX、SnapY：設定光標每次移動（分別在X方向、Y方向）的最小間距?？梢灾苯虞斎霐?shù)據(jù)來設置，也可以在下拉式菜單中選擇一個合適的值。還可以在設計窗口直接單擊鼠標右鍵，用菜單選擇“SnapGrid（柵格間距）”來設置。（2）ComponentX、ComponentY：設定對元器件移動操作時，光標每次在X方向、Y方向移動的最小間距。（3）VisibleKind：設定柵格顯示方式。其中有兩種方式選擇：即Lines（線狀）和Dots（點狀），在下拉菜單中選擇一種即可。第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

圖5.38文檔選項對話框第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2．“ElectricalGrid”電氣柵格設置電氣柵格就是在走線時，當光標接近焊盤或其他走線一定距離時，即被吸引而與之連接，同時在該處出現(xiàn)一個記號。如果選中“ElectricalGrid”，表示具有自動捕捉焊盤的功能。Range（范圍）用于設置捕捉半徑。若取消該功能，只需將“ElectricalGrid”前的勾號去掉?！ㄗh使用該功能。3．“MeasurementUnit”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。公制單位的選擇為我們在確定印制電路板尺寸和元件布局上提供了方便。英制與公制之間的關系是： 1inch=2.54mm 1inch=1000mil 1mil=0.0254mm 1mm=40mil

第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.6規(guī)劃電路板和電氣定義

規(guī)劃電路板有兩種方法：一種是手動設計規(guī)劃電路板和電氣定義，另一種是利用“電路板向?qū)А薄?.6.1手動規(guī)劃電路板手動規(guī)劃電路板就是在禁止布線層（KeepOutLayer）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(nèi)部即為布局的區(qū)域。

1．規(guī)劃電路板并定義電氣邊界的一般步驟：（1）單擊編輯區(qū)下方的標簽KeepOutLayer,將禁止布線層設置為當前工作層,如圖5.39所示。圖5.39當前工作層設置為禁止布線層第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（2）執(zhí)行菜單命令“Place\Track”或者單擊放置工具箱上的“Track”圖標。（3）執(zhí)行命令后，光標會變成十字。將光標移動到適當?shù)奈恢?，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條邊的起點。然后拖動鼠標，將光標移動到合適位置，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條邊的終點。

（4）用同樣的方法繪制其他3條板邊，并對各邊進行精確編輯，使之首尾相連。最后繪制一個封閉的多邊形。如圖5.40所示。（5）單擊鼠標右鍵或按下Esc鍵取消布線狀態(tài)。圖5.40電路板形狀第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2．查看電路板執(zhí)行“Reports\BoardInformation”命令，如圖5.41所示，或先后按下R、B字母鍵。都將彈出圖5.42所示的對話框，在對話框的右邊有一個矩形尺寸示意圖，所標注的數(shù)值就是實際印制電路板的大?。床季址秶拇笮。?。圖5.41印版圖信息菜單

第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.42印制電路板信息第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.6.2使用向?qū)呻娐钒迨褂孟驅(qū)呻娐钒寰褪窍到y(tǒng)自動對新PCB文件設置電路板的參數(shù)，形成一個具有基本框架的PCB文件。具體操作過程如下：（1）打開或者創(chuàng)建一個用于存放PCB文件的設計數(shù)據(jù)庫；（2）執(zhí)行“File\New”命令，在彈出的對話框中選擇“Wizards”選項卡，如圖5.43所示。（3）選擇對話框中創(chuàng)建PCB的“PrintedCircuitBoardWizard”（印制板向?qū)В﹫D標，單擊“OK”按鈕，進入向?qū)У南乱徊?，系統(tǒng)將彈出如圖5.44所示的對話框。（4）單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖5.45所示選擇預定義標準板對話框，就可以開始設置印制板的相關參數(shù)。（5）如果選擇了CustomMadeBoard，則單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖5.46所示設定板卡的相關屬性對話框。第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.43

Wizard選項卡第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.44生成電路板向?qū)У?1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

圖5.45選擇預定義標準板對話框第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

圖5.46自定義板卡的參數(shù)設置對話框

第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

設置完畢后，系統(tǒng)將彈出如圖5.47所示對話框，此時可以設置板卡的一些相關的產(chǎn)品信息，而所填寫的資料將被放在電路板的第四個機械層里。圖5.47板卡產(chǎn)品信息對話框第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

如果第5步了標準板，則單擊“Next”按鈕后系統(tǒng)會彈出如圖5.48所示對話框，此時可以選擇自己需要的板卡類型。設置完后單擊“Next”按鈕也會彈出如圖5.47所示對話框。

圖5.48選擇印制電路對話框第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(6)單擊“Next”按鈕后，系統(tǒng)彈出如圖5.49所示對話框，可以設置電路板的工作層數(shù)和類型，以及電源/地層的數(shù)目等。圖5.49選擇電路板工作層第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（7）單擊“Next”按鈕后，系統(tǒng)將彈出如圖5.50所示對話框，此時可以設置過孔類型。其中“ThruholeViasonly”表示過孔穿過所有板層，“BlindandBuriedViasonly”表示過孔為盲孔，不穿透電路板。

圖5.50設置過孔類型第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（8）單擊“Next”按鈕后，系統(tǒng)彈出如圖5.51所示對話框，此時可以指定該電路板上以哪種元器件為主，其中“Surface-mountcomponents”選項是以表面粘貼式元器件為主，而“Through-holecomponents”選項是以插針式元器件為主。圖5.51選擇哪種元器件第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（9）單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖5.52對話框，此時可以設置最小的導線尺寸、過孔直徑和導線間的安全距離。圖5.52設置最小的尺寸限制第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

（10）單擊“Next”按鈕后，彈出如圖5.53所示完成對話框，此時單擊“Finish”按鈕完成生成印制板的過程，如圖5.54所示，該印制板為已經(jīng)規(guī)劃好的板，可以直接在上面放置網(wǎng)絡表和元器件。圖5.53完成生成電路板

第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.54生成的印制電路板框架

第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五5.7裝入元件封裝庫

5.7.1裝入元件封裝庫裝入印制電路板所需的幾個元件庫，其基本步驟如下：（1）在編輯印制電路板文件的狀態(tài)下，直接執(zhí)行“Design\Add\RemoveLibrary”命令實現(xiàn)。該步也可將左邊的設計管理器切換為如圖5.55所示的“BrowsePCB”標簽頁界面。然后單擊“Browse”瀏覽欄下右邊的下拉按鈕，選擇“Libraries（庫）”。最后單擊左下方的“Add/Remove（添加/刪除）”按鈕，將彈出圖5.56所示的添加/刪除庫文件的對話框。第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.55

BrowsePCB標簽頁

第53頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五圖5.56添加/刪除庫文件的對話框第54頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

（2）在該對話框中，通過上方的搜尋窗口選取庫文件的安裝目錄，圖5.56所示的目錄為：C:\ProgramFiles\DesignExplorer99