第9章ProteusARES的PCB設(shè)計(jì)_4

1、第9章 Proteus ARES的PCB設(shè)計(jì)v9.1 Proteus ARES編輯環(huán)境9.1.1 Proteus ARES工具箱圖標(biāo)按鈕9.1.2 Proteus ARES菜單欄v9.2 印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)流程v9.3 為元件指定封裝v9.4 元件封裝的創(chuàng)建9.4.1 放置焊盤(pán)9.4.2 分配引腳編號(hào)9.4.3 添加元件邊框v9.5 網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)入v9.6 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置9.6.1 設(shè)置電路板的工作層9.6.2 環(huán)境設(shè)置9.6.3 柵格設(shè)置9.6.4 路徑設(shè)置v9.7 編輯界面設(shè)置 9.7.4 元件封裝保存v9.8 布局與調(diào)整9.8.1 自動(dòng)布局9.8.2 手工布局9.8.3 調(diào)整元件標(biāo)注v

2、9.9 設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置9.9.1 設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則9.9.2 設(shè)置默認(rèn)設(shè)計(jì)規(guī)則v9.10 布線9.10.1 手工布線9.10.2 自動(dòng)布線9.10.3 自動(dòng)整理v9.11 設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)v9.12 后期處理及輸出9.12.1 PCB敷銅9.12.2 PCB的三維顯示9.12.3 PCB的輸出v9.13 多層PCB電路板的設(shè)計(jì)9.11 設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)v手工布線時(shí)，ARES將自動(dòng)檢測(cè)用戶布置的每一條導(dǎo)線，一旦違反設(shè)計(jì)規(guī)則，將發(fā)出警告。另外，設(shè)計(jì)者也可以在任何時(shí)候運(yùn)行電氣設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)，出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)將給以提示，雙擊設(shè)計(jì)規(guī)則錯(cuò)誤提示，ARES將在板上的相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)注。v具體進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)的方法

3、如下：v選擇【Tools】【Connectivity Checker】菜單項(xiàng)，系統(tǒng)進(jìn)行斷線檢測(cè)(CRC)，同時(shí)也運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)(DRC)。v其中，CRC檢測(cè)主要側(cè)重于電學(xué)錯(cuò)誤的連通性檢查，如是否有多余的、遺漏的連接等；DRC檢測(cè)主要側(cè)重于物理錯(cuò)誤設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)，即是否有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的情況發(fā)生(設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置參見(jiàn)本章第9節(jié))。v這里，將圖9-41所示電路當(dāng)中D4人為向右移動(dòng)一下，造成斷線，同時(shí)D3和D4焊盤(pán)間距發(fā)生重疊，然后選擇【Tools】【Connectivity Checker】菜單項(xiàng)，執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)，系統(tǒng)很快檢查完畢，編輯區(qū)上方彈出如圖9-42所示的CRC錯(cuò)誤提示框，斷線處以高亮度顯示

4、，狀態(tài)欄中產(chǎn)生如圖9-43所示CRC、DRC錯(cuò)誤提示，同時(shí)在電路圖中用紅圈標(biāo)注錯(cuò)誤之處，如圖9-44所示。圖9-42 CRC錯(cuò)誤提示圖9-43 狀態(tài)欄錯(cuò)誤提示單擊圖9-44中的DRC錯(cuò)誤標(biāo)注，系統(tǒng)彈出如圖9-45所示的DRC提示框。 設(shè)計(jì)者可根據(jù)錯(cuò)誤提示進(jìn)行電路板的修改。修改后，需要再次進(jìn)行以上檢測(cè)，直到?jīng)]有錯(cuò)誤提示出現(xiàn)為止。這時(shí)，狀態(tài)欄顯示如圖9-46所示。圖9-44 DRC錯(cuò)誤標(biāo)注 圖9-45 DRC錯(cuò)誤提示另外，單擊窗口左側(cè)的 按鈕，在網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)列表框中選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)，然后單擊列表框上方的“T”，可以高亮顯示該網(wǎng)絡(luò)，以便檢查其連接情況。圖9-46 狀態(tài)欄無(wú)錯(cuò)誤提示 9.12 后期處理及輸出

5、后期處理及輸出9.12.1 PCB敷銅敷銅為了提高PCB的抗干擾性，通常需要對(duì)性能要求較高的PCB進(jìn)行敷銅處理。接著，以上面的電路板為例，講述敷銅處理，并且頂層和底層的敷銅均與GND相連。(1) 選擇【Tools】【Power Plane Generator】菜單項(xiàng)，彈出放置敷銅對(duì)話框，如圖9-47所示。 (2) 按照?qǐng)D9-47中所示內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置。其中“Net”表示敷銅的網(wǎng)絡(luò)，“Layer”表示為哪一個(gè)層進(jìn)行敷銅，“Boundary”表示敷銅邊界的寬度，“Edge clearance”表示與板子邊緣的間距。然后單擊“OK”確定，即在底層完成敷銅，如圖9-48所示。圖9-47 放置敷銅對(duì)話框 圖

6、9-48 在低層敷銅后效果v(3) 按照同樣的方法可以在頂層(Top Copper)進(jìn)行敷銅，所不同之處是，如圖9-55中的“Layer”需要設(shè)為“Top Copper”。v另外，也可以使用ARES中左側(cè)工具 來(lái)完成敷銅。具體操作如下。v(1) 單擊 ， 在列表框中選擇敷銅邊界的寬度，將當(dāng)前層切換到，這時(shí)光標(biāo)變成筆頭。v(2) 在PCB板上拖出需要敷銅的區(qū)域，這時(shí)，彈出如圖9-49所示編輯區(qū)域的對(duì)話框。按照?qǐng)D示進(jìn)行設(shè)置。v(3) 單擊“OK”，完成底層(Bottom Copper)的敷銅，如圖9-50所示。v(4) 同樣可對(duì)頂層(Top Copper)進(jìn)行敷銅，不同的是，當(dāng)前層需切換為“Top

7、 Copper”。圖9-49 編輯區(qū)域?qū)υ捒?圖9-50 對(duì)底層進(jìn)行局部敷銅9.12.2 PCB的三維顯示的三維顯示Proteus ARES具有PCB3D顯示功能。使用該功能可以顯示清晰的PCB三維立體效果，并且可以隨意旋轉(zhuǎn)、縮放等。選擇【Output】【Visualization】，即可顯示如圖9-51所示的三維效果圖。另外，利用三維顯示頁(yè)面左下角的等工具，可以對(duì)視圖進(jìn)行縮放和改變視圖的角度等操作。圖9-51 三維顯示效果9.12.3 PCB的輸出的輸出vProteus ARES具有多種輸出方式，這里主要介紹一下CADCAM輸出，步驟如下。v(1) 選擇【Output】【CADCAM Out

8、put】菜單項(xiàng)，彈出如圖9-52所示對(duì)話框。v(2) 對(duì)圖9-52中所示內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置后，單擊“OK”，即可生成頂層的光繪文件。v(3) 選擇【Output】【Gerber View】菜單項(xiàng)，打開(kāi)一個(gè)瀏覽窗口，選中前面所產(chǎn)生的“CADCAM READ-ME”文件(Cpu-CADCAM READ-ME.TXT)，彈出“Gerber View”對(duì)話框，如圖9-53所示。圖9-52 CADCAM輸出對(duì)話框 圖9-53 查看Gerber文件對(duì)話框(4) 單擊“OK”確定。由于在圖9-53所示對(duì)話框中選擇了幾乎所有內(nèi)容，所以顯示的“Gerber”文件如圖9-54所示。圖9-54 顯示出的Gerber文件也

9、可以針對(duì)某一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行顯示。例如將查看“Gerber”文件對(duì)話框設(shè)置為如圖9-55所示情況，則顯示出的“Gerber”文件如圖9-56所示。圖9-55 查看Gerber文件對(duì)話框圖9-56 頂層Gerber文件9.13 多層多層PCB電路板的設(shè)計(jì)電路板的設(shè)計(jì)v印制板種類(lèi)很多，根據(jù)導(dǎo)電層數(shù)目的不同，可以將印制板分為單面電路板(簡(jiǎn)稱(chēng)“單面板”)、雙面電路板(簡(jiǎn)稱(chēng)“雙面板”)和多層電路板。v單面板由于成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而被廣泛采用于簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)中，它是印刷電路板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。v雙面板的電路一般比單面板復(fù)雜，由于雙面都能布線，在設(shè)計(jì)相對(duì)較復(fù)雜的電路時(shí)可縮小電路板面積，具有節(jié)約材料、減少占用空間、降低信號(hào)

10、干擾等優(yōu)點(diǎn)；但由于需要制作連接上下面印制導(dǎo)線的金屬化過(guò)孔，生產(chǎn)工藝流程比單面板多，成本高。 如果電路圖中元器件連接關(guān)系十分復(fù)雜，器件工作頻率也比較高，雙面板已不能滿足布線和電磁屏蔽要求，于是必須使用多層板。在多層板中導(dǎo)電層的數(shù)目一般為四、六、八、十等。因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)的層壓，印刷電路板板面容易產(chǎn)生翹曲，特別是對(duì)表面貼裝的多層板，更應(yīng)該引起注意。對(duì)多層印刷電路板來(lái)說(shuō)，四層板、六層板的應(yīng)用最為廣泛。以四層板為例，其構(gòu)成部分就是兩個(gè)導(dǎo)線層(元件面和焊接面)、一個(gè)電源層和一個(gè)地層。在多層板的設(shè)計(jì)中，有以下問(wèn)題需要注意：首先從電路原理方面考慮元器件的位置、擺放方向，以迎合電路的走向。擺放的合理與否，將直接影響

11、該印制板的性能，特別是高頻模擬電路，對(duì)器件的位置及擺放要求顯得更加嚴(yán)格。先確定特殊元器件(如大規(guī)模IC、大功率管、信號(hào)源等)的位置，然后再安排其他元器件，盡量避免可能產(chǎn)生干擾的因素。另一方面，應(yīng)從印制板的整體結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，避免元器件的排列疏密不均，雜亂無(wú)章。這不僅影響了印制板的美觀，同時(shí)也會(huì)給裝配和維修工作帶來(lái)很多不便。對(duì)于布線層、布線區(qū)，多層印制板布線是按電路功能進(jìn)行安排，在外層布線時(shí)，要求焊接面多布線，元器件面少布線，有利于印制板的維修和排除故障；細(xì)、密導(dǎo)線和易受干擾的信號(hào)線，通常是安排在內(nèi)層；大面積的銅箔應(yīng)比較均勻地分布在內(nèi)、外層，這將有助于減少板的翹曲度，也使電鍍時(shí)在表面獲得較均勻的鍍層

12、；為防止外形加工及印制導(dǎo)線和機(jī)械加工時(shí)造成層間短路，內(nèi)外層布線區(qū)的導(dǎo)電圖形離板邊緣的距離應(yīng)大于50th。 多層板走線要把電源層、地層和信號(hào)層分開(kāi)，減少電源、地、信號(hào)之間的干擾。相鄰兩層印制板的線條應(yīng)盡量相互垂直或走斜線，不能走平行線，以減少基板的層間耦合和干擾。且導(dǎo)線應(yīng)盡量走短線，特別是對(duì)小信號(hào)電路來(lái)講，線越短，電阻越小，干擾越小。同一層上的信號(hào)線，改變方向時(shí)應(yīng)避免銳角拐彎。導(dǎo)線的寬窄，應(yīng)根據(jù)該電路對(duì)電流及阻抗的要求來(lái)確定，電源輸入線應(yīng)大些，信號(hào)線可相對(duì)小一些。對(duì)一般數(shù)字電路板來(lái)說(shuō)，電源輸入線線寬可采用5080th，信號(hào)線線寬可采用610th。布線時(shí)還應(yīng)注意線條的寬度要盡量一致，避免導(dǎo)線突然變

13、粗或突然變細(xì)，有利于阻抗的匹配 一般來(lái)說(shuō)，多層板上的元器件鉆孔大小與所選用的元器件引腳尺寸有關(guān)，鉆孔過(guò)小，會(huì)影響器件的裝插及上錫；鉆孔過(guò)大，焊接時(shí)焊點(diǎn)不夠飽滿。一般來(lái)說(shuō)，元件孔孔徑及焊盤(pán)大小的計(jì)算方法為“元件孔的孔徑元件引腳直徑(或?qū)蔷€)+(1030th)，元件焊盤(pán)直徑元件孔直徑18th”；至于過(guò)孔孔徑，主要由成品板的厚度決定，對(duì)于高密度多層板，一般應(yīng)控制在板厚為：孔徑5 1的范圍內(nèi)；過(guò)孔焊盤(pán)的計(jì)算方法為“過(guò)孔焊盤(pán)(VIA PAD)直徑過(guò)孔直徑12th”。對(duì)電源層、地層及過(guò)孔的要求是，多層印制板起碼有一個(gè)電源層和一個(gè)地層。由于印制板上所有的電壓都接在同一個(gè)電源層上，所以必須對(duì)電源層進(jìn)行分區(qū)隔

14、離，分區(qū)線的大小一般采用2080th的線寬為宜，電壓越高，分區(qū)線越粗。焊孔與電源層、地層連接處，為增加其可靠性，減少焊接過(guò)程中大面積金屬吸熱而產(chǎn)生虛焊，與電源層、地層非連接功能的隔離盤(pán)應(yīng)設(shè)計(jì)為“隔離焊盤(pán)的孔徑鉆孔孔徑+20th”。安全間距的設(shè)定，應(yīng)滿足電氣安全的要求。一般來(lái)說(shuō)，外層導(dǎo)線的最小間距不得小于4th，內(nèi)層導(dǎo)線的最小間距也不得小于4th。在布線能排得下的情況下，間距應(yīng)盡量取大值，以提高制板時(shí)的成品率及減少成品板故障的隱患。多層印制板的設(shè)計(jì)，還必須注意整板的抗干擾能力，一般方法有： 在各IC的電源、接地附近加上濾波電容，容量一般為473或104； 對(duì)于印制板上的敏感信號(hào)，應(yīng)分別加上伴行屏蔽線，且信號(hào)源附近盡量少布線； 選擇合理的接地點(diǎn)。印制板的加工，一般都是外協(xié)加工，所以在外協(xié)加工提供圖紙時(shí)，一