Protel電路設(shè)計教程

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經(jīng)典教學(xué)

Protel電路設(shè)計教程輔助學(xué)習(xí)材料

江思敏，陳明

清華大學(xué)出版社

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清華大學(xué)出版社

Protel電路設(shè)計教程

學(xué)習(xí)內(nèi)容

PCB設(shè)計基礎(chǔ)知識Protel軟件介紹Protel原理電路圖設(shè)計ProtelPCB布局和布線Protel電路仿真Protel信號完整性分析

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第1講PCB設(shè)計基礎(chǔ)知識PCB的設(shè)計就是將設(shè)計的電路在一塊板上實現(xiàn)。一塊PCB板上不但要包含所有必需的電路，而且還應(yīng)當(dāng)具有適合的元件選擇、元件的信號速度、材料、溫度范圍、電源的電壓范圍以及制造公差等信息，一塊設(shè)計出來的PCB必需能夠制造出來，所以PCB的設(shè)計除了滿足功能要求外，還要求滿足制造工藝要求以及裝配要求。

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1.PCB設(shè)計流程設(shè)計要求和規(guī)范原理圖仿真設(shè)計規(guī)則檢查和調(diào)整

生成系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

確定PCB的尺寸和結(jié)構(gòu)

時序和信號完整性分析

功能分解

元件布局

生成制造文件

繪制原理圖

確定設(shè)計布線規(guī)則

PCB的制造和裝配

創(chuàng)立元件庫

進(jìn)行PCB布線

PCB產(chǎn)品的測試

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2.PCB制造材料

PCB的信號傳導(dǎo)層材料：銅箔銅箔通過加熱和壓力作用下粘接在襯底層上。銅箔層的厚度尋常由其每平方英尺的重量來指定，常用的有1或2盎司規(guī)格，其他規(guī)格的銅箔材料有0.25、0.5、3和4盎司等類型。1盎司銅的厚度大約為0.035mm0.002mm。選擇那種銅箔主要根據(jù)它的電阻系數(shù)

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2.PCB制造材料

不同重量的銅電阻系數(shù)和銅箔寬度的關(guān)系100銅的重量0.5盎司1盎司2盎司3盎司

10電阻系數(shù)(mΩ/cm)

1.020℃70℃

銅箔的寬度(mm)10

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2.PCB制造材料

絕緣層材料：環(huán)氧樹脂玻璃和酚醛紙酚醛紙是一種更加低廉的并且簡單沖孔的材料，因此它的主要應(yīng)用在高產(chǎn)量的非關(guān)鍵性的場合。酚醛紙的電氣特性比環(huán)氧樹脂玻璃的要差、機(jī)械性能比較脆、較差的工作溫度范圍、很簡單吸收水分并且不適合通孔的涂層結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂玻璃布可以有效地應(yīng)用于通孔涂層和多層板。假使對機(jī)械和電器特性有較高要求時，它也可以用于簡單結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂玻璃具有很好的尺寸穩(wěn)定性，具有比酚醛紙更好的機(jī)械特性，但是成本要高一些，因為它必需鉆孔，而不能實現(xiàn)沖孔。

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2.PCB制造材料

一些常用的PCB材料特性和選擇規(guī)范材料表面電阻(mΩ)介電常數(shù)r絕緣強(qiáng)度(kV/mil)溫度補(bǔ)償系數(shù)(x-yppm/C)最高溫度(C)

標(biāo)準(zhǔn)的FR4

最小為11041106

最

大為5.4,典型值4.6–4.93.8

最小為1.0

13–16

110–150

FR408(高質(zhì)量)環(huán)氧樹脂-芳族聚酰胺(適用于更小的走線間距離)

1.4

13

180

5106

3.8

1.6

10

180

聚酰亞胺

3.4

3.8

20

300

聚酯

3.0

3.4

27

105

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)

一個普通的PCB板由鍍銅的樹脂玻璃材料或一層銅箔與樹脂材料(介電層)粘接在一起

銅層

介電絕緣層

銅層

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)(1)銅箔銅箔是一薄層的銅(如圖0-5所示),放置在介電填充材料之間并且和介電填充材料粘接在一起。

銅箔

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)(2)銅鍍層銅鍍層主要用于板的外層，并且當(dāng)對板上的鉆孔的孔壁進(jìn)行鍍銅層時，也為板上的銅提供了額外的銅層。

蝕刻的銅鍍層銅鍍層銅箔介電絕緣層介電絕緣層

蝕刻的銅箔

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)(3)焊錫流焊錫流是將焊錫鋪在板的袒露銅表面的工藝，有助于后面裝配元件時的焊接，并保護(hù)銅放置被氧化。焊錫流

銅鍍層

銅箔層

介電絕緣層

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)(4)阻焊層阻焊層可以防止焊錫附著在上面。可以保護(hù)銅層放置被氧化。阻焊層可以去絕緣作用，即鋪了阻焊層的走線與外界可以實現(xiàn)絕緣。阻焊層銅走線

介電絕緣層

(5)走線PCB上的走線實際上就是信號導(dǎo)線。它提供了

一致的傳輸電信號的功能，它的兩端一般于PCB上的元件的引腳相連接。

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3.PCB板的結(jié)構(gòu)(6)焊盤一個焊盤可以有幾種不同的形狀和類型，最常用的兩種焊盤類型為表貼元件安裝的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。元件引腳阻焊層焊錫流銅鍍層銅箔粘接層

焊錫流

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4.PCB的走線配置

設(shè)計PCB時，有兩種基本的走線配置：微帶走線(Microstrip)和帶狀走線(Stripline)。微帶走線內(nèi)層芯頂層地平面電介質(zhì)內(nèi)層芯電介質(zhì)內(nèi)層芯電介質(zhì)內(nèi)層芯

信號層電源平面地平面

信號層電源平面底層

帶狀走線

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5.PCB設(shè)計和電磁兼容

PCB設(shè)計的好壞對電路的干擾及抗干擾能力影響很大。在PCB設(shè)計中，元件的選擇和電路設(shè)計是影響板級電磁兼容性性能的主要因素。元件的布局對PCB的電磁兼容性具有重要的影響(數(shù)字電路、模擬電路以及電源電路的元件布局)

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第2講Protel軟件介紹

Protel2023構(gòu)建于一整套板級設(shè)計及實現(xiàn)特性上，其中包括原理圖設(shè)計、印制電路板設(shè)計、混

合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析、規(guī)則驅(qū)動PCB布局與編輯、改進(jìn)型拓?fù)渥詣硬季€及全部計算機(jī)輔助制造(CAM)輸出能力。Protel2023支持FPGA及其它可編程器件設(shè)計及其在PCB上的集成。

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1.Protel2023繪圖環(huán)境

Protel2023主界面

工作區(qū)，點擊對應(yīng)的選擇項可快速啟動該功能

工作區(qū)面板，點擊其可以彈出相應(yīng)的工作界面

文件工作區(qū)面板

工作區(qū)面板按鈕，點擊其可以彈出相應(yīng)的工作界面或快捷菜單

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1.Protel2023繪圖環(huán)境

新建文件菜單介紹

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2.設(shè)置Protel2023系統(tǒng)參數(shù)

執(zhí)行系統(tǒng)的“Preferences〞命令進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

在系統(tǒng)參數(shù)對話框的系統(tǒng)設(shè)置選項中設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。

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3.Protel2023的原理圖編輯模塊

原理圖設(shè)計編輯