電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐教科學(xué)院金華強(qiáng)六、PCB設(shè)計(jì)6.1PCB板的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)印制電路板的大致步驟可以用下面的流程圖6-1來(lái)表示。

圖6-1PCB設(shè)計(jì)流程圖1.創(chuàng)建PCB圖文件新建一個(gè)PCB圖文件可以進(jìn)入設(shè)計(jì)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(xiàng)，會(huì)彈出如圖6-2所示的選擇文件類型的對(duì)話框圖6-2選擇文件類型雙擊該對(duì)話框中的【PCBDocument】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個(gè)新的印制板電路圖文件，默認(rèn)的文件名為“PCB1.PCB”。在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上單擊、或在設(shè)計(jì)瀏覽器中該文件的文件名上雙擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入如圖6-3所示的印制電路板編輯器。圖6-3PCB圖編輯器2.裝載元件庫(kù)

在瀏覽器的組合框中，選擇庫(kù)【Libraries】，如圖6-4所示。 用鼠標(biāo)左鍵單擊【Add/Remove】按鈕，選擇庫(kù)所在的地址。圖6-4裝載元件封裝庫(kù)添加插件封裝庫(kù)：C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\Connectors\DTypeConnectors6.2有關(guān)電路板的幾個(gè)基本概念1.銅膜線：簡(jiǎn)稱導(dǎo)線，是敷銅經(jīng)腐蝕后形成的用于連接各個(gè)焊點(diǎn)的導(dǎo)線。2.飛線：用來(lái)表示連接關(guān)系的線。它只表示焊盤(pán)之間有連接關(guān)系，是一種形式上的連接，并不具備實(shí)質(zhì)性的電氣連接關(guān)系。3.焊盤(pán)（Pad）的作用是放置、連接導(dǎo)線和元件引腳。4.過(guò)孔（Via）的主要作用是實(shí)現(xiàn)不同板層間的電氣連接。過(guò)孔主要有3種，穿透式過(guò)孔（Through）、半盲孔（Blind）、盲孔（Buried）。5.單面板：電路板一面敷銅，另一面沒(méi)有敷銅，敷銅的一面用來(lái)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(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)。

6.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(guò)孔實(shí)現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。7.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(gè)可以布線的中間工作層面。用多層板可以設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的電路。

8.長(zhǎng)度單位及換算：Protel99SE的PCB編輯器支持英制（mil）和公制（mm）兩種長(zhǎng)度計(jì)量單位。它們的換算關(guān)系是：100mils=2.54mm（其中1000mils=1Inches）。6.3PCB圖設(shè)計(jì)常用操作功能

Protel99SE-PCB的繪圖工具包含在放置工具欄【PlacementTools】中，打開(kāi)或關(guān)閉放置工具欄的方法可以執(zhí)行菜單命令【View】/【Tools】/【PlacementTools】。導(dǎo)線連接放置焊盤(pán)放置過(guò)孔放置字符串放置位置坐標(biāo)放置尺寸坐標(biāo)設(shè)定坐標(biāo)原點(diǎn)放置元件邊緣法繪制圓弧中心法繪制圓弧放置矩形填充放置多邊形填充6.4工作層的設(shè)置1.工作層的類型在Protel99SE中進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)提供了多個(gè)工作層面，主要層面類型如下。⑴信號(hào)層(Signallayers)。信號(hào)層主要用于放置與信號(hào)有關(guān)的電氣元素，共有32個(gè)信號(hào)層。其中頂層（Toplayer）和底層（Bottomlayer）可以放置元件和銅膜導(dǎo)線，其余30個(gè)為中間信號(hào)層（Midlayer1～30），只能布設(shè)銅膜導(dǎo)線，置于信號(hào)層上的元件焊盤(pán)和銅膜導(dǎo)線代表了電路板上的敷銅區(qū)。⑵內(nèi)部電源/接地層(Internalplanelayers)。共有16個(gè)電源/接地層（Plane1～16），主要用于布設(shè)電源線及地線，可以給內(nèi)部電源/接地層命名一個(gè)網(wǎng)絡(luò)名，在設(shè)計(jì)過(guò)程中PCB編輯器能自動(dòng)將同一網(wǎng)絡(luò)上的焊盤(pán)連接到該層上。⑶機(jī)械層(Mechanicallayers)。共有16個(gè)機(jī)械層（Mech1～16），一般用于設(shè)置印制板的物理尺寸、數(shù)據(jù)標(biāo)記、裝配說(shuō)明及其它機(jī)械信息。⑷絲印層(Silkscreenlayers)。主要用于放置元件的外形輪廓、元件標(biāo)號(hào)和元件注釋等信息，包括頂層絲印層(TopOverlay)和底層絲印層（BottomOverlay）兩種。

⑸阻焊層（SolderMasklayers）。阻焊層是負(fù)性的，放置其上的焊盤(pán)和元件代表電路板上未敷銅的區(qū)域，分為頂層阻焊層和底層阻焊層。⑹錫膏防護(hù)層（Pastemasklayers）。主要用于SMD元件的安裝，錫膏防護(hù)層是負(fù)性的，放置其上的焊盤(pán)和元件代表電路板上未敷銅的區(qū)域，分為頂層防錫膏層和底層防錫膏層。⑺鉆孔層（DrillLayers）。鉆孔層提供制造過(guò)程的鉆孔信息，該層是自動(dòng)計(jì)算的。包括鉆孔指示圖（DrillGuide）和鉆孔圖（DrillDrawing）。⑻禁止布線層（KeepOutLayer）。禁止布線層定義放置元件和布線區(qū)域范圍，一般禁止布線區(qū)域必須是一個(gè)封閉區(qū)域。⑼多層（MultiLayer）。用于放置電路板上所有的穿透式焊盤(pán)和過(guò)孔。

⑽連接層（Connection）該層用于顯示元件、焊盤(pán)和過(guò)孔等對(duì)象之間的飛線是否顯示。

2.設(shè)置工作層3.工作層顯示顏色設(shè)置4.當(dāng)前工作層選擇在布線時(shí)，必須先選擇相應(yīng)的工作層，然后再進(jìn)行布線。

設(shè)置當(dāng)前工作層可以用鼠標(biāo)左鍵單擊工作區(qū)下方工作層標(biāo)簽欄上的某一個(gè)工作層實(shí)現(xiàn)，如圖6-5所示，圖中選中的工作層為BottomLayer。圖6-5設(shè)置當(dāng)前工作層6.5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(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，如圖6-6所示。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。圖6-6工作層面設(shè)置標(biāo)簽5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件規(guī)劃好電路板后，接著就是要裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件。網(wǎng)絡(luò)表和元件是同時(shí)裝入的。網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入過(guò)程，實(shí)際上就是將原理圖設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)裝入印制電路板的設(shè)計(jì)系統(tǒng)PCB的過(guò)程。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(jì)的工作環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【CreateNetlist…】，可以看到隨后會(huì)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(shí)，可以在PCB編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【LoadNets】，出現(xiàn)如圖6-7所示的裝入網(wǎng)絡(luò)表的對(duì)話框。圖6-7裝入網(wǎng)絡(luò)表對(duì)話框5.7元件布局

1.元件的手工布局與調(diào)整元件的布局要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。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)字電路部分與模擬電路部分盡可能分開(kāi)。特殊元件的布局要根據(jù)不同元件的特點(diǎn)進(jìn)行合理布局。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。2.元件標(biāo)注的調(diào)整

對(duì)元件進(jìn)行一系列的調(diào)整后，元件的標(biāo)注過(guò)于雜亂，影響了電路板的美觀。所以，需要對(duì)元件標(biāo)注進(jìn)行調(diào)整。

用戶可以對(duì)元件的標(biāo)注進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和編輯等操作。5.8自動(dòng)布線自動(dòng)布線是指Protel99SE程序根據(jù)用戶設(shè)定的有關(guān)布線參數(shù)和布線規(guī)則，按照一定的算法，依照網(wǎng)絡(luò)表所指定的連接關(guān)系，自動(dòng)在各個(gè)元件之間進(jìn)行連線，從而完成印刷電路板的布線工作。1.網(wǎng)絡(luò)的分類執(zhí)行菜單命令【Design】/【Classes】打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)分類窗口，如圖6-8所示。Net頁(yè)面用于網(wǎng)絡(luò)分類，Component頁(yè)面用于元件分類，F(xiàn)rom-To頁(yè)面用于點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的分類，Pad用于焊盤(pán)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(duì)象。圖6-8網(wǎng)絡(luò)分類窗口

將網(wǎng)絡(luò)分成兩類：一類是電源線（PowerClass），另一類是信號(hào)線(SignalClass)。圖6-9PowerClass圖6-10SignalClass2.設(shè)置布線規(guī)則在進(jìn)行自動(dòng)布線之前，一項(xiàng)非常重要的工作就是根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定自動(dòng)布線的參數(shù)。如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能導(dǎo)致自動(dòng)布線失敗。布線規(guī)則設(shè)置對(duì)話框如圖6-11所示。圖6-11布線規(guī)則設(shè)置對(duì)話框自動(dòng)布線的參數(shù)包括布線層面、布線優(yōu)先級(jí)別、布線的寬度、布線的拐角模式、過(guò)孔孔徑類型、尺寸等，這些參數(shù)設(shè)定后，自動(dòng)布線就會(huì)依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)布線。因此，自動(dòng)布線的成敗在很大程度上與參數(shù)的設(shè)置有關(guān)。（1）設(shè)置布線寬度（WidthConstraint）

在前面，已經(jīng)把網(wǎng)絡(luò)分成兩類：一類是電源線，另一類是信號(hào)線。在這里要把電源線的布線寬度設(shè)置為30mil，而信號(hào)線的布線寬度設(shè)置為15mil。布線寬度設(shè)置對(duì)話框如圖6-12所示。圖6-12布線寬度設(shè)置對(duì)話框（2）選擇布線工作層面【RoutingLayers】選項(xiàng)，該項(xiàng)用于設(shè)置布線的工作層面以及各個(gè)布線層面上的走線的方向。一般TopLayer層設(shè)置為Horizontal(水平)，BottomLayer層設(shè)置為Vertical(垂直)，此時(shí)出現(xiàn)如圖6-13所示的窗口。圖6-13布線工作層設(shè)置對(duì)話框自動(dòng)布線執(zhí)行菜單命令【AutoRoute】/【All】自動(dòng)布線全部，如圖6-14所示。點(diǎn)擊按鈕【RouteAll】,完成全部布線。圖6-14自動(dòng)布線對(duì)話框5.9敷銅的應(yīng)用對(duì)于PCB來(lái)說(shuō)，為了提高電路板的抗干擾能力，通?？梢圆捎梅筱~的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Place】/【PolygonPlane】或單擊按鈕，即可出現(xiàn)如圖6-15所示的對(duì)話框。圖6-15多邊形平面填充屬性對(duì)話框其中包括5個(gè)區(qū)域，說(shuō)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(gè)欄及兩個(gè)選項(xiàng)，說(shuō)明如下：【Connecttonet】：本欄用于設(shè)定該敷銅所要連接的網(wǎng)絡(luò)?！綪ourOverSameNet】：本選項(xiàng)用于設(shè)定，敷銅時(shí)如果遇到相同網(wǎng)絡(luò)走線，是否直接覆蓋之?！綬emoveDeadCopper】：本選項(xiàng)用于設(shè)定，敷銅時(shí)是否要?jiǎng)h除孤立而無(wú)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(gè)欄及一個(gè)選項(xiàng)?！綠ridSize】：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(huì)敷滿銅?！綥ayer】：本欄用于設(shè)定敷銅的板層?！綥ockPrimitives】：本選項(xiàng)用于設(shè)定該敷銅為整體的敷銅還是一般的走線，通常都要選擇本