PCB印制電路板設(shè)計入門汽車與機電教研室陳海燕[課題]

PCB印制電路板設(shè)計入門[教學(xué)目的]

1.了解PCB編輯器畫面的常用操作及快捷鍵

2.了解PCB電路版圖設(shè)計的中常見問題

[教學(xué)重點]

PCB編輯器畫面的常用操作

[教學(xué)難點]

用PROTEL99制作印刷電路版[教學(xué)方法]

講授提問法、演練法

[課型]新課[教具]

三角板[課時]

2小時Ⅰ導(dǎo)入從今天開始，我們將學(xué)習(xí)用PCB印制電路板。

PCB印制電路板設(shè)計入門

建立一個新的印制電路板文件執(zhí)行菜單命令“File/New”將彈出數(shù)據(jù)類型對話框如圖1所示。

Ⅱ教學(xué)步驟PCB編輯器畫面的常用操作及快捷鍵

PCB瀏覽器中有一個成為觀察窗口的小窗口，其中顯示的是當(dāng)前正在編輯的整張印制電路板圖紙的縮略圖。圖中看到一個虛線框，這個虛線框就代表了當(dāng)前的編輯窗口，移動這個虛線框就可移動當(dāng)前的編輯畫面。一、畫面的移動二、畫面的放大、縮小及相關(guān)操作1、當(dāng)前窗口畫面的放大和縮?。?）菜單命令:放大—“View/ZoomIn”，縮小—“View/ZoomOut”；（2）鍵盤上的快捷鍵：放大—[PageUp]，縮小—[PageDown]；（3）主工具欄中的按鈕：放大——，縮小——。2、在當(dāng)前窗口中顯示整張圖紙（1）菜單命令：“View/FitDocument”；（2）先后擊鍵盤上的V、D鍵；（3）主工具欄中的按鈕：。3、選擇畫面的一個矩形區(qū)域放大（1）菜單命令：“View/Area”；（2）先后擊鍵盤上的V、A鍵；（3）主工具欄中的按鈕：。4、以當(dāng)前的光標(biāo)為中心顯示畫面（1）菜單命令：“View/Pan”；（2）鍵盤上的快捷鍵：[Home]。

Protel99的PCB工作窗口提供了多達32層的繪圖平面，通?？梢酝瓿?6層印制電路板自動布線，用手工布線時甚至可達到20層以上，可以在任何層面上繪圖。Protel99把32層的繪圖平面加上8個其它輔助層，分成幾個不同類型的專用工作層面。PCB工作窗口的繪圖層面

一、SignalLayers(信號層)

Protel99提供了16個信號層：Top(頂層)、Bottom(底層)和Mid1-Mid14(14個中間層）。信號層就是用來完成印制電路板銅箔走線的布線層。在設(shè)計雙面板時，一般只使用Top(頂層)和Bottom(底層)兩層，當(dāng)印制電路板層數(shù)超過4層時，就需要使用Mid(中間布線層)。二、InternalPlanes(內(nèi)部電源/接地層)

Protel99提供了Plane1-Plane4(4個內(nèi)部電源/接地層)。內(nèi)部電源/接地層主要用于4層以上印制電路板作為電源和接地專用布線層，雙面板不需要使用。

三、MechanicalLayers(機械層)機械層一般用來繪制印制電路板的邊框(邊界)，通常只需使用一個機械層。有Mech1-Mech4(4個機械層)。四、DrkllLayers(鉆孔位置層)共有2層：“DrillDrawing”和“DrillGuide”。用于繪制鉆孔孔徑和孔的定位。五、SolderMask(阻焊層)共有2層：Top(頂層)和Bottom(底層)。阻焊層上繪制的時印制電路板上的焊盤和過孔周圍的保護區(qū)域。六、PasteMask(錫膏防護層)

共有2層：Top(頂層)和Bottom(底層)。錫膏防護層主要用于有表面貼元器件的印制電路板，這時表帖元器件的安裝工藝所需要的，無表帖元器件時不需要使用該層。七、Silkscreen(絲印層)

共有2層：Top(頂層)和Bottom(底層)。絲印層主要用于繪制文字說明和圖形說明，如元器件的外形輪廓、標(biāo)號和參數(shù)等。八、Other(其它層)

共有8層：“KeepOut(禁止布線層)”、“MultiLayer(設(shè)置多層面)”、“Connect(連接層)”“DRCError(錯誤層)”、2個“VisibleGrid(可視網(wǎng)格層)”、“PadHoles(焊盤孔層)”和“ViaHoles(過孔孔層)”。其中有些層是系統(tǒng)自己使用的，如VisibleGrid(可視網(wǎng)格層)就是為了設(shè)計者在繪圖時便于定位。而KeepPut(禁止布線層)是在自動布線時使用，手工布線不需要使用。對于手工繪制雙面印制電路板來說，使用最多的是TopLayers(頂層銅箔布線)、BottomLayers（底層銅箔布線）和TopSilkscreen(頂層絲引層)。一般頂層用紅色、底層用藍色、文字及符號用綠色或白色、焊盤和過孔用黃色。PCB繪圖工具繪圖工具是由一系列“放置命令”所組成。在工作窗口中的層面上繪圖，其實就是放置各種圖形對象，這些圖形對象有：焊盤、過孔和文本等。

一、銅膜走線的放置與屬性編輯1、繪制線條(銅箔走線）單擊放置工具欄中的放置線條圖標(biāo)或執(zhí)行菜單命令“Place/Track”或鍵盤的P、T鍵，系統(tǒng)進入線條繪制狀態(tài)。

移動十字光標(biāo)到所需的位置，單擊鼠標(biāo)左鍵確定線條的起點，然后移動光標(biāo)，這時屏幕上會出現(xiàn)將要畫出線條的提示樣式，提示線如橡皮筋一樣可以伸縮，確認線段終點后，單擊左鍵就畫出了一端線條。

線條只有單層屬性，只能繪制在當(dāng)前層面上，所以繪制前應(yīng)注意選擇所繪制的層面。

走線的切換：（1）走線方式（長短線）切換

按空格鍵。

（2）走線模式切換

按[Shift]+空格鍵。其切換順序為45度走線-90度走線-圓弧走線-任意角走線。走線方式的切換

走線模式的切換

2、走線的屬性當(dāng)我們要編輯走線的屬性時，可在走線狀態(tài)下按[Tab]鍵，或指向已固定的走線上，雙擊鼠標(biāo)左鍵，即可開啟其屬性對話框，

◆

Width設(shè)定銅膜走線的粗細。◆Layer設(shè)定銅膜走線所在的板層。◆Net設(shè)定該銅膜走線所連接的網(wǎng)絡(luò)?！鬖ocked設(shè)定搬移銅膜走線時是否要確認。如果設(shè)定本選項的話，移動該銅膜走線時，程序?qū)⒊霈F(xiàn)確認對話框。如果按否，將不會被移動；而按是，即可帶著該銅膜走線移動?！鬝election設(shè)定放置該銅膜走線后，該銅膜走線是否為被選取狀態(tài)。如果設(shè)定選項的話，則銅膜走線放置后，該銅膜走線將為選取狀態(tài)（黃色）。二、焊盤放置與屬性編輯1、放置焊盤：

單擊工具欄的放置焊盤圖標(biāo)或執(zhí)行菜單命令“Place/Pad”或按鍵盤上的P、P鍵，系統(tǒng)進入放置焊盤狀態(tài)，光標(biāo)變成十字形狀，并帶著一個焊盤

（若畫面放大倍數(shù)太大，焊盤可能看不見）。移動帶著焊盤的光標(biāo)到所需的位置，單擊鼠標(biāo)左鍵，就可在該位置繪制一個焊盤。焊盤是Protel99提供的一種圖形屬性，因此在多個層面上有圖形放置時不需要選擇當(dāng)前層面，屬于哪一層的圖形就自動繪制在哪一層。關(guān)閉“MultiLayer”層，焊盤就被隱藏起來。2、編輯焊盤屬性：

(1)開啟焊盤屬性對話框

①在放置焊盤狀態(tài)下，按[Tab]鍵；②對于已放置的焊盤，直接指向該焊盤，雙擊左鍵。

(2)屬性對話框中各項說明如下：其中包括三頁，Properties頁中各項說明如下：

◆UsePadStack設(shè)定使用堆棧式焊盤(多層板才有的)，指定本項后，才可以在PadStack頁中設(shè)定同一個焊盤，在不同板層有不同形狀與尺寸?！鬝hape設(shè)定該焊盤的形狀，包括圓形(Round)、矩形(Rectangle)及八角型(Octagonal)?！鬌esignator設(shè)定該焊盤的序號?！鬑oleSize設(shè)定該焊盤的鉆孔大小。◆Layer設(shè)定該焊盤所在的板層。左圖為Padstack頁，這一頁是設(shè)定多層板的焊盤，必須在前一頁(Properties頁)中，指定了UsePadStack選項，這一頁才可以設(shè)定，其中包括三個區(qū)域，分別是設(shè)定該焊盤在頂層(Top區(qū))、中間層(Middle區(qū))及底層(Bottom區(qū))的大小及形狀。Advanced頁中的各項說明如下：◆Net設(shè)定該焊盤所要使用的網(wǎng)絡(luò)?！鬍lectricalType設(shè)定該焊盤的電氣種類，包括Source(起點)、Load(中間點)及Terminator(終點)。

◆Plated設(shè)定該焊盤鉆孔是否要電鍍導(dǎo)通，指定這個選項將會電鍍導(dǎo)通。

Protel99自動布線的常用規(guī)則一、布線的層面

Protel99的PCB編輯器，可以在16個“SignalLayer（信號層面）”上實現(xiàn)布線，每個都可以單獨設(shè)置布線屬性。對雙面板的自動布線來說，應(yīng)該讓系統(tǒng)僅“在Top（頂層）”和“Bot(底層）”兩個層面布線；對單面板則只能在“Bot（底層）”布線。其他的信號層應(yīng)該處于禁止自動布線狀態(tài)，否則系統(tǒng)會自動使用任何可用的信號層。設(shè)定層面的布線屬性，執(zhí)行菜單命令“Design/Rules...”，單擊“Routing”選項卡，選中“

RuleClasses”列表框中的“RoutingLayers”項，這時顯示的對話框如左圖所示。

然后單擊按鈕“Properties...”后，將彈出“RoutingLayersRule”對話框

對話框中的“RuleAttributes”項，就是雙面板常用的層面布線屬性。其中水平布線T=“Horizontal”,底層設(shè)置成垂直布線B=“Vertical”，14個中間信號層都設(shè)置成不使用1-14=“NotUsed”。制作單面板時因為只有底層是實際布線層，所以要把BottomLayer的布線方向設(shè)定為任意，即B=“Any”,其他都設(shè)置成不使用，即“NotUsed”。

二、布線的區(qū)域

自動布線時必須劃定一個區(qū)域，讓系統(tǒng)在限定的區(qū)域內(nèi)進行布線操作。如果沒有明確規(guī)定布線區(qū)域，Protel99的PCB編輯器將有可能（根據(jù)電路的復(fù)雜程度）使用全部圖紙空間來布線，這肯定是不允許的。

設(shè)定自動布線的區(qū)域，需要使用“KeepOutLayer（禁止布線層）”。因為Protel99在信號層自動布線的同時，將不停地檢索與布線位置對應(yīng)的禁止布線層，如果禁止布線層的對應(yīng)位置為空，表示給位置可以布線，否則表示該位置禁止布線，這時系統(tǒng)將改變布線的方向，向其他方向搜索可布線的位置。根據(jù)這個原理，可以任意規(guī)定布線的區(qū)域。例如：通常把印制電路板邊界的邊框線畫在“KeepOutLayer（禁止布線層）”上，這樣被限定在印制電路板的邊界內(nèi)。因此，可以把繪制在“KeepOutLayer”上的圖形稱為“電氣邊界”。

用PROTEL99制作印刷電路版的基本流程

一、電路版設(shè)計的先期工作

1、利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖，并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進行原理圖的設(shè)計，直接進入PCB設(shè)計系統(tǒng)，在PCB設(shè)計系統(tǒng)中，可以直接取用零件封裝，人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表

將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上，沒任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。二、設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等

1、進入PCB系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境，包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后，符合個人的習(xí)慣，以后無須再去修改。

2、規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤對于標(biāo)準板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當(dāng)前層設(shè)置成KeepOut層，即禁止布線層。

三、打開匯所有要用礦到的PCB庫文件后愿，調(diào)入網(wǎng)貝絡(luò)表文件塔和修改零清件封裝這一步是用非常重要雁的一個環(huán)歌節(jié)，網(wǎng)絡(luò)府表是PCB自動布粗線的靈彼魂，也是原筐理圖設(shè)錘計與印嫁象電路掠版設(shè)計永的接口甩，只有菊將網(wǎng)絡(luò)瓶表裝入幅后，才能進臺行電路慢版的布鄭線。在原理壓圖設(shè)計言的過程柿中，ERC檢查不會吵涉及到零弊件的封裝摩問題。因此，原愛理圖設(shè)計宣時，零件袍的封裝可芳能被遺忘叔，在引進三網(wǎng)絡(luò)表時可以根徐據(jù)設(shè)計情愿況來修改縱或補充零描件的封裝姓。當(dāng)然，可蹤蝶以直接在PCB內(nèi)人工生棕成網(wǎng)絡(luò)表監(jiān)，并且指患定零件封尿裝。四、布葛置零件早封裝的慨位置，配也稱零桶件布局Prot桑el99可以進眾行自動炕布局,也可以進鏡行手動布碧局。如果進教行自動顆布局，綠運行"To飄ols佳"下面的"Aut輔oPl詳ace"耽,用這個命晴令，你需纖要有足夠第的耐心。捉布線的關(guān)免鍵是布局辰，多數(shù)設(shè)計戴者采用手欺動布局的須形式。用蕩鼠標(biāo)選中記一個元件敬，按住鼠夕標(biāo)左鍵攝不放，霸拖住這識個元件亡到達目忘的地，酷放開左跡鍵，將該元掠件固定弦。注意：染零件布雨局，應(yīng)禁當(dāng)從機婦械結(jié)構(gòu)怪散熱、閑電磁干航擾、將泊來布線劈燕的方便性等方鋒面綜合?？紤]。幸先布置艱與機械汁尺寸有褲關(guān)的器割件，并革鎖定這仔些器件，然后是逼大的占位洽置的器件雜和電路的搜核心元件女，再是外每圍的小元酬件。五、自秋動布線害和手工宅調(diào)整1、點擊諷菜單命劫令A(yù)uto松Rou警te/S聚etup對自動賊布線功令能進行令設(shè)置選中除了Add予Test鍛poin換ts以外的所妨有項，特搬別是選中熟其中的Loc京kA惕ll切Pre嬌-Ro速ute選項，Rou振tin形gG就rid可選1mil等。自浴動布線步開始前PRO湯TEL會給你室一個推莖薦值可宜不去理羊它或改腔為它的禿推薦值至，此值越奮小板越斃容易100%布通，但渠布線難度皮和所花時群間越大。2、點擊堡菜單命第令A(yù)uto副Rou學(xué)te/A哈ll開始自珍動布線假如不雁能完全孫布通則耳可手工歉繼續(xù)完產(chǎn)成或UNDO一次（千暢萬不要用撤消全蜻部布線功鴨能，它會燥刪除所有陸的預(yù)布線止和自由焊巨盤、過孔上）后調(diào)整一惱下布局或步布線規(guī)則效，再重新簽布線。完盈成后做一摟次DRC，有錯染則改正錄。布局宵和布線瀉過程中差，若發(fā)涼現(xiàn)原理豬圖有錯吃則應(yīng)及安時更新向原理圖掙和網(wǎng)絡(luò)仍表，手享工更改慌網(wǎng)絡(luò)表悶（同第銀一步）紹，并重炸裝網(wǎng)絡(luò)言表后再寇布。3、對布鵝線進行腐手工初姨步調(diào)整需加粗倉的地線理、電源綢線、功頁率輸出擊線等加缸粗，某汽幾根繞療得太多傷的線重布傍一下，揭消除部朗分不必坐要的過無孔，再甜次用VIE拔W3D功能察看實際效咸果。手壞工調(diào)整彎中可選Too游ls-柄Den爆sit灣yM量ap查看布歐線密度擺，紅色為最薪密，黃色拒次之，綠椒色為較松頁，看完后吐可按鍵盤寨上的End鍵刷新屏獲幕。紅色運部分一般浸應(yīng)將走線眠調(diào)整得松胞一些，直搭到變成黃猛色或綠色臭。１．布線盲方向：從屆焊接面看趕，元件的墨排列方位讀盡可能保絡(luò)持與原理市圖相一致敗，布線抄方向最煙好與電吐路圖走赤線方向荒相一致奶，因生仗產(chǎn)過程伏中通常需要醋在焊接輪面進行罰各種參昂數(shù)的檢猛測，故否這樣做識便于生床產(chǎn)中的磨檢查，調(diào)試及劣檢修（注：指暮在滿足電曾路性能及齒整機安裝燃與面板布梯局要求的最前提下）貓。２．各元術(shù)件排列，耳分布要合捎理和均勻冠，力求整賣齊，美觀祖，結(jié)構(gòu)嚴車謹?shù)墓に囈?。３．電阻寸，二極管況的放置方來式：分為妄平放與豎序放兩種：（１）平汁放：當(dāng)電經(jīng)路元件數(shù)歸量不多，唇而且電路撈板尺寸較誦大的情況顏下，一般是采堵用平放較離好；對于1/4概W以下的電粘阻平放時,兩個焊盤瓦間的距離一般取4/1剖0英寸，1/2繞W的電阻荷平放時,兩焊盤害的間距詞一般取5/1踐0英寸；二極管平蛾放時，1N40嶄0X系列整流仿管,一般取3/1闖0英寸;1N獄540叫X系列整流韻管,一般取4～5/1擦0英寸。（２）議豎放：純當(dāng)電路揀元件數(shù)螺較多，盤而且電銜路板尺串寸不大片的情況嘗下，一般是采渾用豎放，眨豎放時兩滅個焊盤的傘間距一般撈取1～2/1狀0英寸。印刷板圖娃設(shè)計中應(yīng)理注意下列襖幾點４．電位證器：IC座的放餐置原則（１）電費位器：在護穩(wěn)壓器中塔用來調(diào)節(jié)父輸出電壓距，故設(shè)計歉電位器應(yīng)滿中順時刪針調(diào)節(jié)時哄輸出電壓倍升高，反左時針調(diào)節(jié)找器節(jié)時輸尋出電壓降奴低；在可調(diào)迷恒流充電卡器中電位有器用來調(diào)恰節(jié)充電電退流折大小吳，設(shè)計電枕位器時應(yīng)述滿中順歷時針調(diào)浴節(jié)時，抵電流增沫大。電位器安艱放位軒應(yīng)句當(dāng)滿中整此機結(jié)構(gòu)安膏裝及面板厲布局的要闊求，因此應(yīng)識盡可能慈放軒在秤板的邊笛緣，旋齡轉(zhuǎn)柄朝寇外。（２）IC座：設(shè)計項印刷板圖添時，在使榜用IC座的場礦合下，綁一定要汗特別注意IC座上定拐位槽放瓦置的方冒位是否餅正確，映并注意成各個IC腳位是否正確，起例如第1腳只能娘位于IC座的右下刻角線或者室左上角，景而且緊靠定位隆槽（從焊敏接面看）廈。５．進橫出接線叛端布置（１）計相關(guān)聯(lián)喂的兩引戀線端不鐵要距離柔太大，碼一般為2～3/10英寸左虎右較合談適。（２）進戶出線端盡制可能集中冒在1至2個側(cè)面陳，不要炎太過離蓄散。６．設(shè)計氧布線圖時落要注意管翼腳排列順屯序，元件霧腳間距要畢合理。７．在栽保證電手路性能陵要求的避前提下桶，設(shè)計數(shù)時應(yīng)力朽求走線撐合理，少用外棗接跨線紋，并按斷一定順及充要求悄走線，走力求直憲觀，便粒于安裝間，高度和者檢修。８．設(shè)蒼計布線彩圖時走疑線盡量薄少拐彎升，力求掉線條簡校單明了弄。９．布高線條寬克窄和線添條間距養(yǎng)要適中聯(lián)，電容墊器兩焊飲盤間距辟應(yīng)盡可爹能與電容引侮線腳的間喂距相符；１０．竄設(shè)計應(yīng)掩按一定定順序方圖向進行斗，例如凡可以由趙左往右泄和由上墊而下的順序險進行。PCB電路版豎圖設(shè)計貿(mào)的常見款問題問題1：什么互是零件單封裝，庫它和零輕件有什碧么區(qū)別蔥？答：(1)零件封滲裝是指齒實際零惰件焊接兩到電路需板時所島指示的蹤蝶外觀和掛焊點位尼置。(2)零件封裝復(fù)只是零件毒的外觀和步焊點位置邪，純粹的培零件封裝索僅僅是空間的振概念，銜因此不開同的零濁件可以然共用同惹一個零階件封裝足；另一紹方面，同種零件濁也可以有臣不同的封斗裝，如RES荒2代表電阻騰，它的封針裝形式有AXAI關(guān)L0.4、AXA縮慧IL0腦.3、AXA侵IL0爭.6等等，辣所以在誰取用焊除接零件鮮時，不僅要知朵道零件名伙稱還要知煎道零件的桃封裝。(3)零件的句封裝可粉以在設(shè)門計電路跟圖時指嘗定，也戒可以在籮引進網(wǎng)披絡(luò)表時指定票。設(shè)計型電路圖墳時，可炒以在零鹿件屬性串對話框東中的Foot漲prin獎t設(shè)置項內(nèi)指批定，也郊可以在扶引進網(wǎng)敞絡(luò)表時畏也可以痕指定零鎮(zhèn)件封裝肆。問題2：導(dǎo)線、偏飛線和網(wǎng)撕絡(luò)有什么柴區(qū)別？答：導(dǎo)線餅也稱銅膜獎走線，簡強稱導(dǎo)線，殊用于連接憐各個焊點虛，是印刷缸電路板最穗重要的列部分，訓(xùn)印刷電媽路板設(shè)抬計都是妖圍繞如匆何布置軟導(dǎo)線來凳進行的它。與導(dǎo)線有灘關(guān)的另外趴一種線，就常稱之為去飛線也稱壘預(yù)拉線。飛線是在揀引入網(wǎng)絡(luò)具表后，系冠統(tǒng)根據(jù)規(guī)引則生成的輔，用來指森引布線的一種連偵線。飛線與推導(dǎo)線是末有本質(zhì)告的區(qū)別笑的