1、印制電路板的設計,信息工程學院 電子信息科學與技術教研室 谷麗華,學習要點,掌握單面板和雙面板的設計流程 掌握在PCB項目工程中添加PCB文檔的方法 掌握自動約束的設置及布線的修改,PCB設計流程,設計原理圖并生成網(wǎng)絡表 PCB設計設置：電路板結構及尺寸等參數(shù) 更新網(wǎng)絡表或PCB 修改封裝與布局 布線規(guī)則設置：導線寬度、安全間距等 自動布線或手工布線 手工調整布線 保存文件與輸出,印制電路板的設計,單面板的設計 雙面板的設計,單面板的設計,新建PCB文檔 電路板設計的規(guī)劃和環(huán)境設置 調入網(wǎng)絡表 元件的布局 設計規(guī)則設置 印制電路板的布線 更新設計項目 驗證設計項目 其它后續(xù)處理,新建PCB文檔

2、,在工程中添加一個PCB文檔 新建一個PCB自由文檔，然后添加到工程中,在工程中添加一個PCB文檔,打開要添加PCB文檔的工程 鼠標放在工程上，點右鍵-add new to project- pcb，則在該工程下生成一個名為pcb1.pcbdoc的文檔，存盤并改名，然后人工定義板子的尺寸，在PCB文檔中用keep-out層的導線定義板子的外形尺寸，也可用向導生成。,單擊下面面板標簽files-new from template-pcb board wizard，點next，選擇度量單位，Imperial為英制，1inch=1000mil，Metric為公制單位，mm，1inch=25.4mm,

3、即100mil=2.54mm。 點next,選擇電路板輪廓,選custom,自定義.點next,選板子形狀：矩形(rectangular)，圓形(circle)，自定義(custom)，這里選rectangular,board size項中，width和height中填寫板子的長和寬。 注：電路板最佳形狀是矩形，長寬比為3：2或4：3,點next,選擇板層，信號層為2層，電源層為0層，點next,過孔類型為通孔(thruhole),多層板則選擇盲孔和隱藏導孔(blind and buried)。 點next,設置元件/導線技術，選擇是表面安裝器件還是插孔式安裝，若為表面式安裝，則選擇是一面放件

4、還是雙面放件，若為插孔式安裝，則選擇相鄰焊盤間的導線數(shù)。 點next,設置導線/導孔屬性，點next，然后點finish，完成設置。 存盤并改名。,新建一個PCB自由文檔的方法類似于在工程中建一個PCB文檔。 將自由文檔添加到工程中：打開工程，選中工程，單擊鼠標右鍵，選add exiting to project，在彈出的對話框中選擇要添加的pcb文檔，點打開，即可加入該文檔。 注：移除文檔類似添加文檔，選中要移除的文檔，單擊鼠標右鍵，選remove from project即可。,電路板設計的規(guī)劃和環(huán)境設置,定義PCB工作板層：電路板是由層面構成的，protel提供三種類型的層面 1、電氣層

5、：32個信號層和16個平面層 2、機械層：16個 3、特殊層：頂層和底層絲印層、阻焊層和助焊層，禁止布線層、多層、連接層、DRC錯誤層、柵格層和孔層 電路板設計的環(huán)境設置,定義PCB工作板層,設置電路板層：執(zhí)行菜單design-layer stack manager,圖中給出兩個工作層，（頂層和底層），對于多面板，則需添加板層（自學） 板層顯示和顏色設置：執(zhí)行菜單design-board layers&colors ，可以按自己的喜好設置顏色。 注：這里特別注意對于一般的單層板和雙層板來說，頂層（top layer）、底層(bottom layer)、絲印層(top or bottom ove

6、rlay)、DRC檢查錯誤標志層(DRC error marker)的顏色要特別注意。,電路板設計的環(huán)境設置,執(zhí)行design-board options，可進行以下設置： 度量單位(measurement unit)：imperial:英制 metric:公制 捕獲柵格(snap grid)：光標每次移動的最小距離，一般為100mil的平均分數(shù)，可設20mil 可見柵格(visible grid)：marker為柵格類型，grid1可設20mil， grid2可設1000mil 電氣柵格(electrical grid)：自動搜索電氣節(jié)點的范圍， 一般采用默認值。 圖紙屬性(sheet po

7、sition)：一般采用默認值,調入網(wǎng)絡表,打開與PCB文檔對應的原理圖文檔 執(zhí)行design-update pcb *.pcbdoc(這里*.pcbdoc為我們剛建的PCB文檔)，或打開我們剛建的PCB文檔，執(zhí)行design-import changes from *.prjpcb(這里*.prjpcb為工程名),在彈出的設計項目修改對話框中單擊validate changes按鈕，如果所有改變有效，check選項出現(xiàn)勾選，說明沒有錯誤，如有錯誤，則修改原理圖，直到?jīng)]有錯誤，單擊execute changes按鈕,完成后Done狀態(tài)勾選。 單擊close，關閉對話框，所有元件和飛線已經(jīng)出現(xiàn)在

8、PCB文檔中。,元件的布局,把元件封裝放置在印制電路板上的過程稱為元件布局。 自動布局（不太常用）：執(zhí)行tools-auto placement-auto placer(其選項可參考相關書) 手動布局（常用）,手動布局,將元件從元件合（rooms）中人工地布局在印制電路板上，方法與原理圖中移動元件類似，在移動過程中，飛線不會斷開。 如有需要，在布局前要打安裝孔：執(zhí)行place-pad,按 tab鍵編輯屬性，hole size項輸入孔徑：3mm，size and shape中，x-size和y-size項輸入孔外徑：5mm，shape項選round,在布線結束后，將5mm改回3mm。Design

9、ator輸入名稱，如K，放置到線路板的四角。,布局原則,特殊元件的布局： 1、高頻元件：元件間連線越短越好，易受干擾的元件不能離得太近，輸入和輸出元件距離應遠一些 2、具有高電位差的元件：加大距離，避免短路損壞元件。 3、重量太大的元件：應有固定支架，又大又重、發(fā)熱又多的元件不宜放在線路板上，如低度頻功放實驗中的變壓器,4、發(fā)熱與熱敏元件：發(fā)熱元件應遠離熱敏元件 5、可以調節(jié)的元件：注意應方便調節(jié)，如可調電阻、可調電感、可調電容等 6、電路板安裝孔和支架孔：應預留，這些孔的周圍不能布線。,布局原則（續(xù)）,按照電路功能布局： 1、如無特殊要求，按原理圖元件安排布局，信號從左邊入，右邊出，從上邊入

10、，下邊出。 2、以每個功能電路為核心，圍繞核心布局，元件安排均勻、整齊。 3、數(shù)字電路和模擬電路應分開布局,布局原則（續(xù)）,元件離電路板邊緣的距離：所有元件應放置在離板邊緣3mm以內。 元件放置順序：首先放置與結構緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關、連接插件。 再放特殊元件，如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等 最后放小元件，如電阻、電容、二極管等,元件的布局,移動元件：直接選中元件拖動到合適的地方放置即可，或執(zhí)行命令Edit-Move-Component（可用快捷鍵M，C實現(xiàn)），單擊鼠標左鍵，選擇要放置的元件，然后放置在合適的位置。 遵守布局規(guī)則，進行合理布局。 元件對齊：選中要對

11、齊的元件，執(zhí)行tools-interactive placement,然后選擇相應的對齊命令即可使所選元件對齊。 移動到柵格：選中所有的元件，執(zhí)行tools- interactive placement-move component to grid,設計規(guī)則設置,意義：在線路板設計過程中執(zhí)行任何一個操作，都是在設計規(guī)則允許的情況下進行的，因此，設計規(guī)則是否合理將直接影響布線的選題和成功率。 規(guī)則分類：10個類別，包括電氣、布線、制造、放置信號完整性要求等，多數(shù)采用默認的設置。,以電源板為例的單面板設計規(guī)則,執(zhí)行Design-Rules，啟動PCB規(guī)則和約束編輯(PCB Rules and Co

12、nstraints Editor)對話框，進行規(guī)則設置。 在左邊顯示的規(guī)則類別中，選中其中任何一個，單擊鼠標右鍵，可添加設置約束。 布線約束：,布線約束（線寬）,最小線寬不小于0.2mm(約為8mil),如果板面積足夠大，最小線寬和絕緣間距選擇0.3mm (約為12mil)。 一般情況下，1-1.5mm（約為40-60mil）的線寬，允許流過2A的電流。地線和電源線最好選用大于1mm（40mil）的線寬。,布線約束（拐角及絕緣間距）,銅膜線應盡可能的短，在高頻電路中更是如此。拐角應為圓角或斜角，避免直角或尖角，雙面板布線時，兩面導線應相互垂直、斜交，避免相互平行，以減少寄生電容。 相鄰銅膜線間

13、的間距應該滿足電氣安全要求，為便于生產(chǎn)，應越寬越好，最小間距至少能承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應該盡可能的大。,單面布線設置,電氣(electrical)：絕緣間距(clearance)，短路約束(short-circuit)：一般可選默認值。 布線：布線層(Routing Layers)，寬度(Width)，網(wǎng)絡拓樸(Routing Topology)，優(yōu)先級(Routing Priority)，布線拐角(Routing Corners)，過孔類型(Routing via style) 其它可選默認值：如SMT , Mask, Testpoint , Manufacturi

14、ng, High Speed, Placement, Signal Integrity 采用默認值的選項含義見書上解釋。,布線層(Routing Layers)和布線拐角(Routing Corners),對于單面板，頂層只放置元件不布線，底層為布線層。因此，在constractions中，選中Bottom Layer,將Top layer項的勾選去掉，其它不改。 Style項設置導線轉角方式，一般選45度角。,寬度(Width),單擊左側的width，則右邊顯示整個板子的寬度約束，如需要增加約束條件，則在左側選中width，單擊右鍵，在彈出的菜單中選new rule,則新建一個約束，名為wi

15、dth_1，可在右側name項改名，設置約束，選擇相應的對象，設置最小、最大及參考寬度。 一般電源線、地線較寬，其它信號線較窄。根據(jù)電流大小設置線寬。,印制電路板的布線,目的：放置導線（interactive routing）和過孔(via)將印制電路板上元件封裝的焊盤連接起來 方式：1、手工布線 2、自動布線 一般好的設計要手動布線。要求不高場合可用自動布線后再手工修改布線的方法。,自動布線,自動布線規(guī)則設置：在自動布線前要先設置好布線規(guī)則和自動布線策略，執(zhí)行菜單auto route-setup，可進行相應設置，一般布線策略可用默認值，布線規(guī)則可在設計規(guī)則中設置，前已說明。 自動布線的實現(xiàn)：

16、執(zhí)行菜單auto route命令，然后選擇自動布線的范圍： All:整個線路板的布線。 Net: 對指定的網(wǎng)絡進行布線。 Connection: 對指定的焊盤進行焊點對焊點布線。,Component: 對指定的元件進行布線。 Area:對指定的區(qū)域進行布線。 Room:對指定的范圍進行布線。 Stop:使正在布線的電路板停止布線。 Reset:對已布線過的電路板采取重新布線。 Pause:對正在布線的電路板暫停布線。 Restart:對使用過pause命令之后再恢復布線。,手動布線,對自動布線后的不合理布線進行調整。 執(zhí)行place-interactive routing(單擊鼠標右鍵，在彈出

17、的菜單中選interactive routing),將光標移到連線的起始位置單擊來確定導線的起始位置，移動光標，來自起點的實線表示要放置的導線，連在光標上的空心線稱為先行段導線，可以繞開障礙物，在確定的地方單擊鼠標左鍵確定導線拐點，在放置導線過程中，如需改變方向，可按空格鍵。,更新設計項目,在線路板設計過程中，如對SCH或PCB中的某一個元件進行修改，需要反映到另一個文件中，則可用更新設計項目來實現(xiàn)。 由PCB更新SCH：在PCB窗口中，執(zhí)行design-update schematic in *.prjpcb,啟動更改對話框，單擊validate changes,檢查改變是否有效，如有效則s

18、tatus欄中的check列出現(xiàn)對號，否則出現(xiàn)錯誤符號。單擊execute changes將有效的修改發(fā)送到SCH，完成后Done列出現(xiàn)對號，單擊close關閉對話框。 由SCH更新PCB ：在SCH窗口中，執(zhí)行design-update PCB *. Pcbdoc,其它操作同上。,驗證設計項目,執(zhí)行tools-design rule check，啟動DRC檢查對話框，勾選需要檢查的項（對應的online項打勾），單擊run design rule check按鈕，運行DRC，檢查結果顯示在信息面板中。如有違反規(guī)則的信息，同時在設計的PCB板中以綠色（如采用默認值）標記出違反規(guī)則的位置。查看并

19、修改設置規(guī)則或布線，直到不違反規(guī)則為止。,其它后續(xù)處理,放置屏蔽導線 補淚滴 放置敷銅（鋪地）,放置屏蔽導線,為防止干擾，常用接地線將某一條導線或網(wǎng)絡，利用接地線將它包住，稱為屏蔽或包地 選擇網(wǎng)絡：執(zhí)行edit-select-net,將光標放在要包地的網(wǎng)絡上，單擊鼠標左鍵，選中網(wǎng)絡 放置屏蔽導線：執(zhí)行tools-outline selected objects,被選中的網(wǎng)絡即可被地線包住。 刪除屏蔽導線：執(zhí)行edit-select- connected copper,將光標放置在要刪除的屏蔽線上，單擊鼠標左鍵，選中要刪除的屏蔽線，然后按delete鍵即可,補淚滴,在導線與焊盤或導孔的連接處有一段過渡，過渡的地方形成淚滴狀，稱為補淚滴，它的作用是在鉆孔時，避免在導線與焊盤的接觸點處出現(xiàn)應力集中而使接觸處斷裂。 執(zhí)行tools-teardrops，啟動補淚滴對話框，general區(qū)域選擇補淚滴的區(qū)域，action區(qū)域選擇是添加還是刪除淚滴，teardrop style區(qū)域選擇淚滴形狀。設置好后，單擊ok進行操作。,放置敷銅（鋪