PROTEL印刷版相關(guān)設(shè)計(jì)ppt講義第五章PCB設(shè)計(jì)5.1印制電路板的設(shè)計(jì)步驟5.2創(chuàng)建PCB圖文件5.3裝載元件庫(kù)5.4設(shè)置電路板工作層面5.5

規(guī)劃電路板5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件5.75.8自動(dòng)布線5.9給電路板添加標(biāo)注原理圖元件與PCB元件5.1印制電路板的設(shè)計(jì)步驟準(zhǔn)備原理圖和網(wǎng)絡(luò)表新建PCB設(shè)計(jì)文件加載網(wǎng)絡(luò)表制作元件封裝電路板布局電路板布線輸出報(bào)表規(guī)劃電路板圖5-1PCB設(shè)計(jì)步驟5.2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5-2所示的選擇文件類型的對(duì)話框。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5-3所示的印制電路板編輯器圖5-2創(chuàng)建PCB文件圖5-3PCB工作界面5.3裝載元件庫(kù)在瀏覽器的組合框中，選擇庫(kù)【Libraries】。用鼠標(biāo)左鍵單擊【Add/Remove】按鈕，將出現(xiàn)如圖5-4所示的關(guān)于引入庫(kù)文件的對(duì)話框。

圖5-4PCB元件封裝庫(kù)5.4設(shè)置電路板工作層面5.4.1有關(guān)電路板的幾個(gè)基本概念 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。印刷電路板的設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來(lái)完成的。 飛線：用來(lái)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(shí)質(zhì)性的電氣連接關(guān)系。飛線在手工布線時(shí)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(shí)質(zhì)性的電氣連接，則飛線自動(dòng)消失。當(dāng)同一網(wǎng)絡(luò)中，部分電氣連接斷開導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能完全連通時(shí)，系統(tǒng)就又會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生飛線提示電路不通。利用飛線的這一特點(diǎn)，可以根據(jù)電路板中有無(wú)飛線來(lái)大致判斷電路板是否已完成布線。5.4設(shè)置電路板工作層面焊盤、過(guò)孔：焊盤（Pad）的作用是放置、連接導(dǎo)線和元件引腳。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）：從頂層一直打到底層的過(guò)孔 半盲孔（Blind）：從頂層遇到某個(gè)中間層的過(guò)孔，或者是從某個(gè)中間層通到底層的過(guò)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(guò)孔。5.4設(shè)置電路板工作層面

單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，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)。 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。 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。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）。 執(zhí)行菜單命令【View】/【ToggleUnits】就能實(shí)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(zhǎng)度信息的單位都會(huì)轉(zhuǎn)換為mm（或mil）。

安全間距：進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免導(dǎo)線、過(guò)孔、焊點(diǎn)及元件的相互干擾，必須使它們之間留出一定的距離，這個(gè)距離稱之為安全間距（Clearance）。5.4設(shè)置電路板工作層面敷銅：敷銅是在信號(hào)層上布置的大面積銅層。覆銅可以有效的實(shí)現(xiàn)電路板的信號(hào)屏蔽作用，提高電路板信號(hào)的抗電磁干擾能力。5.4設(shè)置電路板工作層面5.4.2工作層面的類型

Protel99SE提供了若干不同類型的工作層面，包括信號(hào)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）。5.4設(shè)置電路板工作層面下面介紹各工作層面的功能。1.信號(hào)層（Signallayers） 信號(hào)層主要是用來(lái)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(lái)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5.4設(shè)置電路板工作層面4．阻焊層（Soldermasklayers） 阻焊層有2個(gè)TopSolderMask（頂層阻焊層）和BottomSolder（底層阻焊層），用于在設(shè)計(jì)過(guò)程中匹配焊盤，并且是自動(dòng)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(duì)流）技術(shù)安裝SMD元件時(shí)，錫膏防護(hù)層用來(lái)建立阻焊層的絲印。

5.4設(shè)置電路板工作層面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(hào)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(dòng)計(jì)算的。Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing兩個(gè)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。5.4設(shè)置電路板工作層面9．多層（Multilayers） 多層代表信號(hào)層，任何放置在多層上的元件會(huì)自動(dòng)添加到所在信號(hào)層上，所以可以通過(guò)多層，將焊盤或穿透式過(guò)孔快速地放置到所有的信號(hào)層上。10．DRC錯(cuò)誤層（DRCErrors） 用于顯示違反設(shè)計(jì)規(guī)則檢查的信息。11．連接層（Connection） 該層用于顯示元件、焊盤和過(guò)孔等對(duì)象之間的電氣連線。5.4設(shè)置電路板工作層面5.4.3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(duì)話框，選擇其中的【Layers】標(biāo)簽即可進(jìn)入工作層面設(shè)置對(duì)話框，如圖5-7所示。進(jìn)入【Option】選項(xiàng)卡，結(jié)果如圖5-8所示。在該選項(xiàng)卡中可對(duì)【Grid】（柵格）、【ElectricalGrid】（電氣柵格）、【Measurement】（計(jì)量單位）等選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。5.4設(shè)置電路板工作層面圖5-5PCB工作層設(shè)置對(duì)話框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(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5-6所示。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。

圖5-6PCB禁止布線層5.5

規(guī)劃電路板圖5-7PCB電氣邊界繪制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。

1、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5-8所示的裝入網(wǎng)絡(luò)表的對(duì)話框。5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件圖5-8裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件電路圖、網(wǎng)絡(luò)表和PCB元件的匹配這里的匹配就是要求電路圖、網(wǎng)絡(luò)表和PCB元件的名稱、元件結(jié)構(gòu)和封裝形式等內(nèi)容要一一對(duì)應(yīng)。5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件圖5-9裝入網(wǎng)絡(luò)表后元件布局圖5.7元件布局5.7.1元件的自動(dòng)布局

Protel99SE提供了強(qiáng)大的元件自動(dòng)布局的功能，可以通過(guò)程序算法自動(dòng)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(dòng)布局的實(shí)現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer…】，出現(xiàn)如圖5-10所示的對(duì)話框。

5.7元件布局圖5-10自動(dòng)布局對(duì)話框5.7元件布局對(duì)話框中選項(xiàng)的定義如下?！綜luserPlacer】：成組布局方式?！維tatisticalPlacer】：統(tǒng)計(jì)布局方式。【QuickComponentPlacement】：快速元件布局?！綠roupComponents】：該選項(xiàng)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(shí)該組的元件將作為整體考慮，默認(rèn)狀態(tài)為選中?！綬otateComponent】：該選項(xiàng)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。若未選中該選項(xiàng)則元件將按原始位置放置。默認(rèn)狀態(tài)為選中5.7元件布局

【PowerNets】：電源網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“VCC”。

【GroundNets】：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(dòng)布局時(shí)格點(diǎn)的間距大小

5.7元件布局5.7.2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。 （1）元件布局應(yīng)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(diǎn)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。5.7元件布局圖5-10自動(dòng)布局圖5-11手動(dòng)布局5.7元件布局5.7.3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。5.8自動(dòng)布線5.8.1網(wǎng)絡(luò)的分類 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Classes】打開網(wǎng)絡(luò)分類窗口，如圖5-12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5.8自動(dòng)布線圖5-12網(wǎng)絡(luò)分類5.8自動(dòng)布線圖5-12網(wǎng)絡(luò)分類完畢5.8自動(dòng)布線5.8.2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。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)。5.8自動(dòng)布線圖5-13布線規(guī)則設(shè)置對(duì)話框5.8自動(dòng)布線

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50mil，而信號(hào)線的布線寬度設(shè)置為15mil。如圖5-11所示的窗口。2．選擇布線工作層面（RoutingLayers） 在【Routing】選項(xiàng)卡中，選中【RulesClasses】選項(xiàng)列表框中的【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。如圖5-12所示的窗口。5.8自動(dòng)布線圖5-14設(shè)置布線寬度對(duì)話框圖5-15設(shè)置工作層面對(duì)話框5.8自動(dòng)布線3．設(shè)置布線優(yōu)先級(jí)別（RoutingPriority） 布線優(yōu)先級(jí)別，是指程序允許用戶設(shè)定各個(gè)網(wǎng)絡(luò)布線的順序。4．孔徑尺寸限制規(guī)則設(shè)置（HoleSizeConstraint） 在【DesignRules】窗口中，選擇【Manufacturing】選項(xiàng)卡。再?gòu)摹綬uleClass】欄中選擇【HoleSizeConstraint】選項(xiàng)，就會(huì)得到一個(gè)定義孔尺寸規(guī)則的對(duì)話框。單擊【Add…】按鈕進(jìn)入如圖5-16所示的對(duì)話框。5.8自動(dòng)布線圖5-16設(shè)置焊盤尺寸對(duì)話框5.8自動(dòng)布線

5．自動(dòng)布線器的參數(shù)設(shè)定

自動(dòng)布線器的參數(shù)設(shè)定的方法，可以執(zhí)行菜單命令【AutoRouting】/【Setup】，進(jìn)入自動(dòng)布線器設(shè)置對(duì)話框，如圖5-17所示。圖5-17自動(dòng)布線對(duì)話框5.8自動(dòng)布線對(duì)話框中的各項(xiàng)設(shè)置說(shuō)明如下。1．RouterPasses選項(xiàng)區(qū)域

RouterPasses區(qū)域包含5個(gè)復(fù)選框?！綧emory】復(fù)選框：即采用內(nèi)存模式的布線策略?！綟anOutUsedSMDPins】復(fù)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(gè)過(guò)孔【Pattern】復(fù)選框：在自動(dòng)布線過(guò)程中，該布線方案有多種算法，每種算法對(duì)應(yīng)一類模塊，是一種搜索式布線方法?！維hapeRouter-PushandShove】復(fù)選框：推擠布線方式。【ShapeRouter-RipUp】復(fù)選框：設(shè)置該項(xiàng)，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。

5.8自動(dòng)布線2．ManufacturingPasses區(qū)域

該區(qū)域用于設(shè)置與制作電路板有關(guān)的自動(dòng)布線方案，包含4個(gè)復(fù)選框。【CleanUpDuringRouting】復(fù)選框：在布線期間對(duì)電路板上的連線和焊盤進(jìn)行整理?！綜leanAfterRouting】復(fù)選框：在布線完畢后對(duì)電路板上的連線和焊盤進(jìn)行整理?！綞venlySpaceTracks】復(fù)選框：在焊盤之間均勻布線【AddTestpoints】復(fù)選框：在網(wǎng)絡(luò)上增加測(cè)試點(diǎn)。一般情況下不用設(shè)置測(cè)試點(diǎn)。3．Pre-Routes區(qū)域 該區(qū)域用于設(shè)置對(duì)預(yù)布線的處理方式。只有一個(gè)復(fù)選框

【LockAllPre-Route】復(fù)選框：鎖定已有的布線。4．RoutingGrid

設(shè)置布線柵格大小，這里將柵格值設(shè)置為“20mil”。5.8.3自動(dòng)布線 布線參數(shù)設(shè)置完畢后，就可以開始自動(dòng)布線了。Protel99SE中自動(dòng)布線的方式有很多，既可以進(jìn)行全局布線，也可以對(duì)用戶指定的區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)、元件甚至是連接進(jìn)行布線，用戶可以根據(jù)需要選擇最佳的方式。

5.8自動(dòng)布線圖5-17自動(dòng)布線5.8自動(dòng)布線5.8.4設(shè)計(jì)規(guī)則的檢測(cè) 自動(dòng)布線的結(jié)果是否正確可能是自動(dòng)布線結(jié)束后存在的一個(gè)疑問(wèn)，本系統(tǒng)本身具備的檢測(cè)功能可以來(lái)解除這個(gè)疑問(wèn)。 檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tools】/【DesignRuleCheck】，彈出如圖5-18所示的對(duì)話框，現(xiàn)在就可以設(shè)置一些參數(shù)了。5.8自動(dòng)布線圖5-18設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)對(duì)話框5.8自動(dòng)布線設(shè)計(jì)規(guī)則的檢測(cè)可以分為兩種結(jié)果：一種是報(bào)表（Report）輸出，可以產(chǎn)生檢測(cè)的結(jié)果報(bào)表；另一種是在線檢測(cè)（On-Line）工具，也就是在布線的過(guò)程中對(duì)布線規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)，防止錯(cuò)誤產(chǎn)生。

5.9給電路板添加標(biāo)注5.9.1標(biāo)注文字 標(biāo)注文字通常包括元件的編號(hào)、層面的作用和設(shè)計(jì)日期等。5.9.2標(biāo)注尺寸 將當(dāng)前的工作層面切換成【DrillDrawing】層。 執(zhí)行菜單命令【Place】/【Dimension】5.9.3放置定位孔5.9給電路板添加標(biāo)注圖5-19重新編輯元件標(biāo)識(shí)對(duì)話框5.9給電路板添加標(biāo)注 【1ByAscendingXThenAscending】：選擇該項(xiàng)時(shí)，從左下腳由下至上進(jìn)行重新編號(hào)和標(biāo)注。 【2ByAscendingXThenDescending】：選擇該項(xiàng)時(shí)，從左上腳由上至下進(jìn)行重新編號(hào)和標(biāo)注。 【3ByAscendingYThenAscending】：選擇該項(xiàng)時(shí)，從左下腳由左至右進(jìn)行重新編號(hào)和標(biāo)注。

【4ByAscendingYThenDescending】：選擇該項(xiàng)時(shí)，從左上腳由右至左進(jìn)行重新編號(hào)和標(biāo)注。

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