Protel-99-SE課件(第7章)(PCB設(shè)計)

7.1印制電路板的設(shè)計步驟7.2創(chuàng)立PCB圖文件7.3裝載元件庫7.4設(shè)置電路板工作層面7.5規(guī)劃電路板7.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件7.7元件布局7.8布線和設(shè)置布線規(guī)那么7.9PCB圖設(shè)計常用操作功能7.10PCB制版舉例Protel99SE

電路設(shè)計與制版第7章印制電路板的設(shè)計PCB加工工藝流程7.1印制電路板(PCB)的設(shè)計步驟7.2創(chuàng)立PCB圖文件新建一個PCB圖文件可以進(jìn)入設(shè)計文件夾“【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，會彈出如下圖的選擇文件類型的對話框。雙擊該對話框中的【PCBDocument】圖標(biāo)，即可創(chuàng)立一個新的印制板電路圖文件，默認(rèn)的文件名為“PCB1.PCB”。PCB板組成PCB基板元器件〔屬性說明〕焊盤過孔導(dǎo)線〔布線〕輔助文字PCB板的基板由絕緣隔熱材料組成銅箔覆蓋的導(dǎo)電體材料

PCB基板分類

印制板用基板材料可分為兩大類：剛性基板材料和柔性基板材料。按板的增強(qiáng)材料不同，可劃分為：紙基、玻璃纖維布基、復(fù)合基(CEM系列)、積層多層板基和特殊材料基(陶瓷、金屬芯基等)五大類假設(shè)按板所采用的樹脂膠黏劑不同進(jìn)行分類，常見的紙基CCI。有：酚醛樹脂(XPc、XxxPC、FR一1、FR一2等)、環(huán)氧樹脂(FE一3)、聚酯樹脂等各種類型。常見的玻璃纖維布基CCL有環(huán)氧樹脂(FR-4、FR-5)，它是目前最廣泛使用的玻璃纖維布基類型。另外還有其他特殊性樹脂(以玻璃纖維布、聚基酰胺纖維、無紡布等為增加材料)：雙馬來酰亞胺改性三嗪樹脂(BT)、聚酰亞胺樹脂(PI)、二亞苯基醚樹脂(PPO)、馬來酸酐亞胺——苯乙烯樹脂(MS)、聚氰酸酯樹脂、聚烯烴樹脂等。按CCL的阻燃性能分類，可分為阻燃型(UL94一VO、UL94一V1級)和非阻燃型(UL94一HB級)兩類板。近一二年，隨著對環(huán)保問題更加重視，在阻燃型CCL中又分出一種新型不含溴類物的CCL品種，可稱為“綠色型阻燃cCL”。隨著電子產(chǎn)品技術(shù)的高速開展，對cCL有更高的性能要求。因此，從CCL的性能分類，又分為一般性能CCL、低介電常數(shù)CCL、高耐熱性的CCL(一般板的L在150℃以上)、低熱膨脹系數(shù)的CCL(一般用于封裝基板上)等類型。PCB板分類剛性板柔性板特種板PCB板分類單面板只能在一面布線雙面板頂層和底層都布線，通過過孔(via)連接多層板主要布線在頂層和底層，中間層多為電源和地線鋁基板FP板導(dǎo)線〔布線〕由銅箔腐蝕而成的導(dǎo)電細(xì)線過孔連接多層的導(dǎo)電體元器件屬性說明：包括元器件參數(shù)、封裝外形焊盤〔圓形或方形銅箔〕輔助文字說明層次PCB層次絲印層〔silkScreen〕：放置說明文字包括頂層絲印層〔TOPoverlay〕、底層絲印層〔Bottomoverlay〕信號層：放置導(dǎo)線，又分頂層(Toplayer)、底層(Bottomlayer)等頂層放置元件、文字說明；底層放置焊盤、導(dǎo)線機(jī)械層(Mechanical)：絕緣材料層禁止布線層〔Keepoutlayer〕：用以繪制PCB電氣邊界阻焊層：耐高溫的絕緣保護(hù)層，防止導(dǎo)線氧化和防止波峰焊產(chǎn)生橋接，阻焊層為多為綠色。7.3裝載元件庫在瀏覽器的組合框中，選擇庫【Libraries】，如下圖。用鼠標(biāo)左鍵單擊【Add/Remove】按鈕，將出現(xiàn)如下圖的關(guān)于引入庫文件的對話框。PCB中的元器件電路原理圖中的元器件是符號PCB中元器件是外觀與焊點位置決定的空間概念，稱為元器件封裝PCB中不同的元器件可以共用一個封裝，同一元器件也可有不同的封裝PCB元器件組成

有三局部組成：元器件圖形焊盤：主要有插針式焊盤和外表貼裝式〔SMD〕焊盤屬性：包括元器件序號〔designator〕和元器件名稱〔comment〕原理圖中元器件與PCB元器件的對應(yīng)關(guān)系DIP8封裝引腳焊盤元器件符號引腳序號序號名稱名稱PCB中元器件的封裝1、插針式元器件插針式電阻插針式電阻的封裝表示AXIAL〔軸狀〕例如：AXIAL0.3,AXIAL0.40.3,0.4是焊盤間距0.3in,0.4in無極性電容PCB中表示無極性電容的封裝RAD〔片狀〕例如：RAD0.1,RAD0.20.1,0.2是電容兩個焊盤間的間距為0.1in,0.2in電解(有極性)電容插針式電解電容封裝針式電解電容的封裝表示RB〔柱狀〕例如：RB.2/.4,表示焊盤間距為0.2in,圓筒外徑直徑為0.4in例如：RB.3/.6,表示焊盤間距為0.3in,圓筒外徑直徑為0.6in插針式三極管封裝插針式三極管封裝表示TO-xxx其中xxx代表不同外形的三極管TO-220TO-92A插針式二極管封裝插針式二極管封裝表示DIODExxx其中xxx表示功率例如：DIODE0.4發(fā)光二極管封裝表示：LEDx其中x表示發(fā)光二極管的直徑〔mm〕例如：LED0.5插針式集成電路單列直插式集成電路封裝表示SIPxx其中xx表示管腳數(shù)例如：SIP5雙列直插式集成電路封裝雙列直插式集成電路封裝表示DIPxx其中xx表示管腳數(shù)例如：DIP82、外表安裝式元器件〔SMC〕貼片電阻貼片電感外表安裝電阻、電容由4位數(shù)字表示：長、寬外表安裝二極管、三極管、場效應(yīng)管

封裝表示SOT-xx外表安裝集成電路CFPxx,ILEADxx,JEDECAxx,LCCxx,MOxx,PFPxx,SOJxx,SOLxx,SOxx等其中xx表示管腳數(shù)7.4設(shè)置電路板工作層面7.4.1有關(guān)電路板的幾個根本概念銅膜線：簡稱導(dǎo)線，是敷銅經(jīng)腐蝕后形成的用于連接各個焊點的導(dǎo)線。印刷電路板的設(shè)計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，并不具備實質(zhì)性的電氣連接關(guān)系。飛線在手工布線時可起引導(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質(zhì)性的電氣連接，那么飛線自動消失。當(dāng)同一網(wǎng)絡(luò)中，局部電氣連接斷開導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能完全連通時，系統(tǒng)就又會自動產(chǎn)生飛線提示電路不通。利用飛線的這一特點，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〕：從頂層遇到某個中間層的過孔，或者是從某個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。單面板本錢低，但只適用于比較簡單的電路設(shè)計。 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現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計比較復(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)置多個可以布線的中間工作層面。用多層板可以設(shè)計更加復(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轉(zhuǎn)換為mm〔或mil〕。平安間距：進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計時，為了防止導(dǎo)線、過孔、焊點及元件的相互干擾，必須使它們之間留出一定的距離，這個距離稱之為平安間距〔Clearance〕。7.4.2工作層面的類型Protel99SE提供了假設(shè)干不同類型的工作層面，包括信號層〔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．信號層〔Signallayers〕信號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TopSolderMask〔頂層阻焊層〕和BottomSolder〔底層阻焊層〕，用于在設(shè)計過程中匹配焊盤，并且是自動產(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“hotre-flow”〔熱對流〕技術(shù)安裝SMD元件時，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，該層是自動計算的。Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing兩個鉆孔層。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〕: 多層代表信號層，任何放置在多層上的元件會自動添加到所在信號層上，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層上。10．DRC錯誤層〔DRCErrors〕:用于顯示違反設(shè)計規(guī)那么檢查的信息。11．連接層〔Connection〕該層用于顯示元件、焊盤和過孔等對象之間的電氣連線。7.4.3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】對話框，選擇其中的【Layers】標(biāo)簽即可進(jìn)入工作層面設(shè)置對話框，如下圖。進(jìn)入【Option】選項卡，結(jié)果如下圖。在該選項卡中可對【Grid】〔柵格〕、【ElectricalGrid】〔電氣柵格〕、【Measurement】〔計量單位〕等選項進(jìn)行設(shè)定。7.5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)劃的原那么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，如下圖。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。Track屬性7.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件一、利用設(shè)計同步器裝入網(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)如下圖的對話框。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)計的工作環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【CreateNetlist…】，可以看到隨后會出現(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，可以在PCB編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【LoadNets】，出現(xiàn)如下圖的裝入網(wǎng)絡(luò)表的對話框。7.7元件布局7.7.1元件的自動布局 Protel99SE提供了強(qiáng)大的元件自動布局的功能，可以通過程序算法自動將元件分開，放置在規(guī)劃好的電路板電氣范圍內(nèi)。元件自動布局的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer…】，出現(xiàn)如下圖的對話框。對話框中選項的定義如下?！綜luserPlacer】： 成組布局方式?！維tatisticalPlacer】： 統(tǒng)計布局方式?！綫uickComponentPlacement】： 快速元件布局。

【GroupComponents】：該選項的功能是將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中連接密切的元件歸為一組。排列時該組的元件將作為整體考慮，默認(rèn)狀態(tài)為選中。【RotateComponent】：該選項的功能是根據(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。假設(shè)未選中該選項那么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”?！綠roundNets】：接地網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“GND”。【GridSize】：設(shè)置元件自動布局時格點的間距大小。 元件的布局要考慮以下幾個方面的問題:〔1〕元件布局應(yīng)便于用戶的操作使用?！?〕盡量按照電路的功能布局?！?〕數(shù)字電路局部與模擬電路局部盡可能分開?！?〕特殊元件的布局要根據(jù)不同元件的特點進(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。7.7.2元件的手工布局與調(diào)整7.7.3元件標(biāo)注的調(diào)整對元件進(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，需要對元件標(biāo)注進(jìn)行調(diào)整。用戶可以對元件的標(biāo)注進(jìn)行移動、旋轉(zhuǎn)和編輯等操作。7.8布線和設(shè)置布線規(guī)那么在進(jìn)行自動或手動布線之前，一項非常重要的工作就是根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定布線的參數(shù)。參數(shù)包括布線層面、布線優(yōu)先級別、布線的寬度、布線的拐角模式、過孔孔徑類型、尺寸等。7.9PCB圖設(shè)計常用操作功能7.9.1放置工具的使用Protel99SE-PCB的繪圖工具包含在放置工具欄【PlacementTools】中，翻開或關(guān)閉放置工具欄的方法可以執(zhí)行菜單命令【View】/【Tools】/【PlacementTools】，翻開的工具欄如下圖。(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。

(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。

(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。

(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。

(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PCB元件屬性(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。

(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，會出現(xiàn)如下圖的多邊形屬性對話框。7.9.2選用元件與元件瀏覽(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)如下圖的對話框。(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話框，如下圖。(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，即可彈出如下圖的對話框，進(jìn)入元件的選用狀態(tài)。7.9.3元件屬性的編輯(1)單個元件屬性編輯如果用戶想要對PCB圖中某個元件的屬性進(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。將會出現(xiàn)如下圖的對話框。(2)多個元件屬性的整體編輯有時，需要一下子修改多個同類元件的屬性。當(dāng)然，可以按照上面的方法一個一個的加以修改，顯然這將是一個巨大的工作量。其實，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，就來看看如何來實現(xiàn)。可以在上面的對話框出現(xiàn)后，單擊【Global>>】按鈕，即可出現(xiàn)如下圖的對話框。7.9.4元件的移動、刪除與剪切粘貼(1)元件移動移動元件的具體操作方法：執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Move】，將會出現(xiàn)如下的子菜單，如下圖。(2)元件刪除刪除元件的方法，可以執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Delete】

(3)元件剪切、粘貼先選中、再剪切，再粘貼7.9.5元件的排列與對齊在PCB圖的設(shè)計過程中，為了元件排列的整體美觀，肯定要做元件的排列和對齊的工作。而元件的排列與對齊往往是用圖所示的工具欄中的按鈕來〔或菜單〕實現(xiàn)的。7.9.6敷銅的應(yīng)用具體的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Place】/【PolygonPlane】，即可出現(xiàn)如下圖的對話框。填充和敷銅可以提高抗噪聲能力，縮小電位差值，提高抗干擾能力一般是先走地線主線，然后走重要信號線，其它信號線，全部走完再敷銅敷銅就是把板上空的地方敷上導(dǎo)線其中包括5個區(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，其中包括一個欄及兩個選項，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】：本選項用于設(shè)定，敷銅時如果遇到相同網(wǎng)絡(luò)走線，是否直接覆蓋之。

【RemoveDeadCopper】：本選項用于設(shè)定，敷銅時是否要刪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個欄及一個選項，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，電路板空白處將會敷滿銅?！綥ayer】：本欄用于設(shè)定敷銅的板層?！綥