印制電路板的設計課件

1、第5章 印制電路板的設計,5.1 印制電路板的設計步驟 5.2 創(chuàng)建PCB圖文件 5.3 裝載元件庫 5.4 設置電路板工作層面 5.5 規(guī)劃電路板 5.6 裝入網(wǎng)絡表與元件 5.7 元 件 布 局 5.8 自 動 布 線 5.9 給電路板添加標注 5.10 三 維 視 圖 5.11 PCB圖的打印輸出 5.12 PCB圖的報表生成,5.1 印制電路板的設計步驟,設計印制電路板的大致步驟可以用下面的流程圖圖5-1來表示。,圖5-1 印制電路板的設計步驟,5.2 創(chuàng)建PCB圖文件,新建一個PCB圖文件可以進入設計文件夾“【Document】”，執(zhí)行菜單命令【File】/【New】或在工作區(qū)內單擊

2、鼠標右鍵，選擇【New】選項，會彈出如圖5-2所示的選擇文件類型的對話框。,雙擊該對話框中的【PCB Document】圖標，即可創(chuàng)建一個新的印制板電路圖文件，默認的文件名為“PCB1.PCB”。在工作窗口中該文件的圖標上單擊、或在設計瀏覽器中該文件的文件名上雙擊鼠標左鍵，即可進入如圖5-3所示的印制電路板編輯器。,5.3 裝載元件庫,在瀏覽器的組合框中，選擇庫【Libraries】，如圖5-4所示。 用鼠標左鍵單擊【Add/Remove】按鈕，將出現(xiàn)如圖5-5所示的關于引入庫文件的對話框。,5.4 設置電路板工作層面,5.4.1 有關電路板的幾個基本概念 銅膜線：簡稱導線，是敷銅經(jīng)腐蝕后形成

3、的用于連接各個焊點的導線。印刷電路板的設計都是圍繞如何布置導線來完成的。,飛線：用來表示連接關系的線。它只表示焊盤之間有連接關系，是一種形式上的連接，并不具備實質性的電氣連接關系。飛線在手工布線時可起引導作用，從而方便手工布線。飛線是在引入網(wǎng)絡表后生成的，而飛線所指的焊盤間一旦完成實質性的電氣連接，則飛線自動消失。當同一網(wǎng)絡中，部分電氣連接斷開導致網(wǎng)絡不能完全連通時，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

4、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，所以雙面板適合設計比較復雜的電路，應用也最為廣泛。,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置

5、多個可以布線的中間工作層面。用多層板可以設計更加復雜的電路。 長度單位及換算：Protel 99 SE 的PCB編輯器支持英制（mil）和公制（mm）兩種長度計量單位。它們的換算關系是：100mils=2.54mm（其中1000mils=1Inches）。,執(zhí)行菜單命令【View】/【Toggle Units】就能實現(xiàn)這兩種單位之間的相互轉換。也可以按快捷鍵Q進行轉換。轉換后工作區(qū)坐標的單位和其他長度信息的單位都會轉換為mm（或mil）。 安全間距：進行印刷電路板的設計時，為了避免導線、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，這個距離稱之為安全間距（Clearance）。,5

6、.4.2 工作層面的類型 Protel 99 SE提供了若干不同類型的工作層面，包括信號層（Signal layers）、內部電源/接地層（Internal plane layers）、機械層（Mechanical layers）、阻焊層（Solder mask layers）、錫膏防護層（Paste mask layers）、絲印層（Silkscreen layers）、鉆孔位置層（Drill Layers）和其他工作層面（Others）。,下面介紹各工作層面的功能。 1信號層（Signal layers） 信號層主要是用來放置元件（頂層和底層）和導線的。 2內部電源/接地層（Interna

7、l plane layers） 內部電源/接地層主要用來放置電源線和地線。,3機械層（Mechanical layers） 機械層一般用于放置有關制板和裝配方法的信息。 4阻焊層（Solder mask layers） 阻焊層有2個Top Solder Mask（頂層阻焊層）和Bottom Solder（底層阻焊層），用于在設計過程中匹配焊盤，并且是自動產(chǎn)生的。,5錫膏防護層 （Paste mask layers） 錫膏防護層的作用與阻焊層相似，但在使用“hot re-flow”（熱對流）技術安裝SMD元件時，錫膏防護層用來建立阻焊層的絲印。,6絲印層（Silkscreen layers） 絲

8、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（Drill layer） 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。Protel 99 SE提供Drill guide和Drill drawing兩個鉆孔層。,8禁止布線層 （Keep Out Layer） 禁止布線層用于定義放置元件和布線區(qū)域的。 9多層（Multi layers） 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。,10DRC錯誤層（DRC Errors） 用于顯示違反設計規(guī)則檢查的信息。 11連接層（Connec

9、tion） 該層用于顯示元件、焊盤和過孔等對象之間的電氣連線。,5.4.3 設置工作層面 設置方法可以執(zhí)行菜單命令【Design】/【Option】，出現(xiàn)【Document Option】對話框，選擇其中的【Layers】標簽即可進入工作層面設置對話框，如圖5-7所示。,進入【Option】選項卡，結果如圖5-8所示。在該選項卡中可對【Grid】（柵格）、【Electrical Grid】（電氣柵格）、【Measurement】（計量單位）等選項進行設定。,1設置信號層和內部電源/接地層 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Layer Stack Manager】，在屏幕上彈出如圖5-9所示的工作

10、層面管理對話框。,2設置Mechanical layers 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Mechanical Layers】，彈出如圖5-11所示的機械層設置對話框，單擊【Mechanical】復選框，可打開機械層，并可設置機械層名稱等參數(shù)。 設置完信號層、內部電源/接地層和機械層后，設置工作層面對話框變?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。,首先設定當前的工作層面為【Keep Out Layer】。

11、單擊下方的【KeepOutLayer】標簽即可將當前的工作層面切換到Keep Out Layer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)絡表與元件,規(guī)劃好電路板后，接著就是要裝入網(wǎng)絡表和元件。網(wǎng)絡表和元件是同時裝入的。網(wǎng)絡表與元件的裝入過程，實際上就是將原理圖設計的數(shù)據(jù)裝入印制電路板的設計系統(tǒng)PCB的過程。,一、利用設計同步器裝入網(wǎng)絡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】/【Update PCB】，出現(xiàn)如圖5-17所示的對話框。,二、利用原理圖生成的網(wǎng)絡表文件裝入網(wǎng)絡表和元件。 生成網(wǎng)絡表的方法，可以在原理圖的設計的工作環(huán)

12、境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【Create Netlist】，可以看到隨后會出現(xiàn)網(wǎng)絡表文件“*.net”。 在利用網(wǎng)絡表文件裝入網(wǎng)絡表和元件時，可以在PCB編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【Load Nets】，出現(xiàn)如圖5-22所示的裝入網(wǎng)絡表的對話框。,5.7 元 件 布 局,5.7.1 元件的自動布局 Protel 99 SE提供了強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。元件自動布局的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tppls】/【Auto Placement】/【Auto Placer】，出現(xiàn)如圖5-27所示的對話框。,對話框中選

13、項的定義如下。 【Cluser Placer】： 成組布局方式。 【Statistical Placer】： 統(tǒng)計布局方式。 【Quick Component Placement】： 快速元件布局。, 【Group Components】：該選項的功能是將當前網(wǎng)絡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，默認狀態(tài)為選中。 【Rotate Component】：該選項的功能是根據(jù)當前網(wǎng)絡連接與排列的需要使元件或元件組旋轉方向。若未選中該選項則元件將按原始位置放置。默認狀態(tài)為選中。, 【Power Nets】：電源網(wǎng)絡名稱。這里將網(wǎng)絡設定為“VCC”。 【Ground Nets】：

14、接地網(wǎng)絡名稱。這里將接地網(wǎng)絡設定為“GND”。 【Grid Size】：設置元件自動布局時格點的間距大小。,5.7.2 元件的手工布局與調整 元件的布局要考慮以下幾個方面的問題。 （1）元件布局應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)不同元件的特點進行合理布局。 （5）應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。,5.7.3 元件標注的調整 對元件進行一系列的調整后，元件的標注過于雜亂，影響了電路板的美觀。所以，需要對元件標注進行調整。 用戶可以對元件的標注進行移動、旋轉和編輯等操

15、作。,5.8 自 動 布 線,自動布線是指Protel 99 SE程序根據(jù)用戶設定的有關布線參數(shù)和布線規(guī)則，按照一定的算法，依照網(wǎng)絡表所指定的連接關系，自動在各個元件之間進行連線，從而完成印刷電路板的布線工作。,5.8.1 網(wǎng)絡的分類 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Classes】打開網(wǎng)絡分類窗口，如圖5-35所示。,Net頁面用于網(wǎng)絡分類，Component頁面用于元件分類，F(xiàn)rom-To頁面用于點到點網(wǎng)絡的分類，Pad用于焊盤的分類。 Add：增加新的分類。 Edit：編輯已存在的分類。 Delete：刪除已存在的分類。 Select：按指定的分類選擇電路板圖中屬于該分類的對象。,5.8

16、.2 設置布線規(guī)則 在進行自動布線之前，一項非常重要的工作就是根據(jù)設計要求設定自動布線的參數(shù)。如果參數(shù)設置不當，可能導致自動布線失敗。,自動布線的參數(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，這些參數(shù)設定后，自動布線就會依據(jù)這些參數(shù)進行自動布線。因此，自動布線的成敗在很大程度上與參數(shù)的設置有關。,1設置布線寬度 （Width Constraint） 在前面，已經(jīng)把網(wǎng)絡分成兩類：一類是電源線，另一類是信號線。在這里要把電源線的布線寬度設置為50mil，而信號線的布線寬度設置為15mil。,2選擇布線工作層面（Routing Layers） 在【Routing】

17、選項卡中，選中【Rules Classes】選項列表框中的【Routing Layers】選項，該項用于設置布線的工作層面以及各個布線層面上的走線的方向。此時出現(xiàn)如圖5-45所示的窗口。,3設置布線優(yōu)先級別（Routing Priority） 布線優(yōu)先級別，是指程序允許用戶設定各個網(wǎng)絡布線的順序。,4孔徑尺寸限制規(guī)則設置（Hole Size Constraint） 在【Design Rules】窗口中，選擇【Manufacturing】選項卡。再從【Rule Class】欄中選擇【Hole Size Constraint】選項，就會得到一個定義孔尺寸規(guī)則的對話框。單擊【Add】按鈕進入如圖5-

18、47所示的對話框。,5自動布線器的參數(shù)設定 自動布線器的參數(shù)設定的方法，可以執(zhí)行菜單命令【Auto Routing】/【Setup】，進入自動布線器設置對話框，如圖5-48所示。,對話框中的各項設置說明如下。 1Router Passes選項區(qū)域 Router Passes區(qū)域包含5個復選框。 【Memory】復選框：即采用內存模式的布線策略。 【Fan Out Used SMD Pins】復選框：適用于SMD焊盤，采用這種布線方案，將從SMD焊盤引出一段銅膜線，并在銅膜線未端放置一個過孔 。,【Pattern】復選框：在自動布線過程中，該布線方案有多種算法，每種算法對應一類模塊，是一種搜索式

19、布線方法。 【Shape Router-Push and Shove】復選框：推擠布線方式。 【Shape Router-Rip Up】復選框：設置該項，能夠使布線器撤消發(fā)生間距沖突的走線，并重新布線以消除間距沖突。,2Manufacturing Passes區(qū)域 該區(qū)域用于設置與制作電路板有關的自動布線方案，包含4個復選框。 【Clean Up During Routing】復選框：在布線期間對電路板上的連線和焊盤進行整理。 【Clean After Routing】復選框：在布線完畢后對電路板上的連線和焊盤進行整理。,【Evenly Space Tracks】復選框：在焊盤之間均勻布線。

20、【Add Testpoints】復選框：在網(wǎng)絡上增加測試點。一般情況下不用設置測試點。,3Pre-Routes區(qū)域 該區(qū)域用于設置對預布線的處理方式。只有一個復選框。 【Lock All Pre-Route】復選框：鎖定已有的布線。 4Routing Grid 設置布線柵格大小，這里將柵格值設置為“20mil”。,5.8.3 自動布線 布線參數(shù)設置完畢后，就可以開始自動布線了。Protel 99 SE中自動布線的方式有很多，既可以進行全局布線，也可以對用戶指定的區(qū)域、網(wǎng)絡、元件甚至是連接進行布線，用戶可以根據(jù)需要選擇最佳的方式。,5.8.4 設計規(guī)則的檢測 自動布線的結果是否正確可能是自動布線

21、結束后存在的一個疑問，本系統(tǒng)本身具備的檢測功能可以來解除這個疑問。 檢測的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Design Rule Check】，彈出如圖5-56所示的對話框，現(xiàn)在就可以設置一些參數(shù)了。,設計規(guī)則的檢測可以分為兩種結果：一種是報表（Report）輸出，可以產(chǎn)生檢測的結果報表；另一種是在線檢測（On-Line）工具，也就是在布線的過程中對布線規(guī)則進行檢測，防止錯誤產(chǎn)生。,5.8.5 電路板的手工修整 1調整布線 2增加信號輸入輸出接口 3加寬電源/接地線,5.9 給電路板添加標注,5.9.1 標注文字 標注文字通常包括元件的編號、層面的作用和設計日期等。,【1 By As

22、cending X Then Ascending】：選擇該項時，從左下腳由下至上進行重新編號和標注。 【2 By Ascending X Then Descending】：選擇該項時，從左上腳由上至下進行重新編號和標注。 【3 By Ascending Y Then Ascending】：選擇該項時，從左下腳由左至右進行重新編號和標注。,【4 By Ascending Y Then Descending】：選擇該項時，從左上腳由右至左進行重新編號和標注。 【5 Name from Position】：選擇該項時，元件自身的坐標值決定元件的編號和標注值。,5.9.2 標注尺寸 將當前的工作層面切

23、換成 【Drill Drawing】層。 執(zhí)行菜單命令 【Place】/【Dimension】 5.9.3 放置定位孔,5.10 三 維 視 圖,創(chuàng)建三維視圖的方法可以執(zhí)行菜單命令【View】/【Board in 3D】或單擊主工具欄上的按鈕即可?？梢钥吹较到y(tǒng)會自動生成一個三維的視圖出來，并且在當前的窗口中打開，如圖5-71所示。,5.11 PCB圖的打印輸出,5.11.1 設置打印預覽 實現(xiàn)打印預覽可以執(zhí)行菜單命令【File】/【Print/Preview】。之后一個PPC文件就會自動生成，而且會在當前的窗口打開，可以看到PCB的打印輸出效果圖。名為“MyDesign.PCB”的PCB圖生成的打印輸出文件PPC文件名稱是“Preview MyDesign.PPC”?？梢韵窀淖冊O計數(shù)據(jù)庫的名稱一樣改變這個文件夾的名稱，如圖5-74所示。,5.11.2 打印輸出的概念 任何PCB圖層的結構都能夠打印輸出，而且可以在一個PPC文件中定義多個打印輸出。 5.11.3 改變打印輸出設置 5.11.4 在打印輸出中指明層面,5.11.5 設置打