1、第7章 印制電路板的設(shè)計(jì),7.1 印制電路板的基礎(chǔ)知識 7.2 印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求 7.3 PCB繪圖操作界面 7.4 單面板PCB繪制實(shí)例 7.5 雙面板設(shè)計(jì)實(shí)例 7.6 印制電路板的輸出 思考題與練習(xí)題,7.1 印制電路板的基礎(chǔ)知識,7.1.1 印制電路板簡介 1. 印制電路板簡述 印制電路板是通過一定的制作工藝，在絕緣度非常高的基材上覆蓋一層導(dǎo)電性能良好的銅薄膜構(gòu)成覆銅板，然后根據(jù)具體的PCB圖的要求，在覆銅板上蝕刻出PCB圖上的導(dǎo)線，并鉆出印制板安裝定位孔以及焊盤和過孔。,2. 印制電路板的分類 根據(jù)板材的不同，可將印制電路板分為紙質(zhì)覆銅板、玻璃布覆銅板和撓性塑料制作的撓性

2、敷銅板。其中，撓性敷銅板能夠承受較大的變形，通常用來做印制電纜。,(1) 單面板。單面板是在絕緣基板上只有底面(也就是PCB圖中所說的“Bottom Layer”層)敷上銅箔，頂面則是空白的。 (2) 雙面板。雙面板在絕緣基板上兩面都敷上銅箔，因此PCB圖中兩面都可以布線，并且可以通過過孔在不同工作層中切換走線。 (3) 多層板。多層板是在絕緣基板上制成三層以上的印制電路板。,7.1.2 PCB板的設(shè)計(jì)流程 PCB板是所有設(shè)計(jì)過程的最終產(chǎn)品。PCB圖設(shè)計(jì)的好壞直接決定了設(shè)計(jì)結(jié)果是否能滿足要求，PCB圖設(shè)計(jì)過程中主要有以下幾個步驟。 1. 規(guī)劃PCB 在正式繪制之前，要規(guī)劃好PCB板的尺寸。這包

3、括PCB板的邊沿尺寸和內(nèi)部預(yù)留的用于固定的螺絲孔，也包括其他一些需要挖掉的空間和預(yù)留的空間。,2. 將原理圖信息傳輸?shù)絇CB中 規(guī)劃好PCB板之后，就可以將原理圖信息傳輸?shù)絇CB中了。 3. 元件布局 元件布局要完成的工作是把元件在PCB板上擺放好。布局可以是自動布局，也可以是手動布局。,4. 布線 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表，在Protel DXP提示下完成布線工作，這是最需要技巧的工作部分，也是最復(fù)雜的一部分工作。 5. 檢查錯誤、撰寫文檔 布線完成后，最終檢查PCB板有沒有錯誤，并為這塊PCB板撰寫相應(yīng)的文檔。文檔可長可短，視需要而定。,7.1.3 PCB板面基本組成 PCB板面由銅膜導(dǎo)線、助焊膜和阻焊

4、膜、層、焊盤和過孔、絲印層以及敷銅等幾部分組成。 1. 銅膜導(dǎo)線 銅膜導(dǎo)線也稱銅膜走線，簡稱導(dǎo)線，用于連接各個焊盤，是印制電路板最重要的部分。,與導(dǎo)線有關(guān)的另外一種線常稱為飛線，即預(yù)拉線。飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，是用來指引布線的一種連線。 飛線與導(dǎo)線有本質(zhì)的區(qū)別，飛線只是一種形式上的連線，它只是在形式上表示出各個焊盤的連接關(guān)系，沒有電氣的連接意義。,2. 助焊膜和阻焊膜 各類膜(Mask)不僅是PCB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用可將其分為元件面(或焊接面)助焊膜(TOP or Bottom Solder)和元件面(或焊接面)

5、阻焊膜(TOP or Bottom Paste Mask)兩類。,3. 層 Protel的“層”不是虛擬的，而是印制電路板材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層?，F(xiàn)今由于電子線路的元件密集安裝、抗干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印制板不僅上下兩面可供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔。,4. 焊盤和過孔 1) 焊盤(Pad) 焊盤的作用是放置焊錫，連接導(dǎo)線和元件引腳。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。,Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例

6、如：對發(fā)熱且受力較大，電流較大的焊盤，可自行設(shè)計(jì)成“淚滴狀”。 一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的外，還要考慮以下原則：,(1) 形狀上長短不一致時，要考慮連線寬度與焊盤邊長的大小差異不能過大。 (2) 需要在元件引腳之間走線時，選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍。 (3) 各元件焊盤內(nèi)孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定，原則上內(nèi)孔的尺寸比引腳直徑大0.20.4 mm。焊盤直徑取決于內(nèi)孔直徑，如表7.1所示。,表7.1 焊盤內(nèi)孔直徑與焊盤直徑對照,對于超出上表范圍的焊盤直徑，可用下列公式選?。?直徑小于0.4 mm的孔：D/d=0.53。 直徑大于2 mm的孔：D/d=1.52。,2) 過

7、孔(Via) 為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。過孔有三種，即從頂層貫通到底層的穿透式過孔、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過孔以及內(nèi)層間的隱藏過孔。 過孔從上面看上去有兩個尺寸，即通孔直徑(Hole Size)和過孔直徑(Diameter)，如圖7.1所示。通孔和過孔之間的孔壁由與導(dǎo)線相同的材料構(gòu)成，用于連接不同層的導(dǎo)線。,圖7.1 過孔尺寸,一般而言，設(shè)計(jì)線路時對過孔的處理有以下原則： 盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙。 需要的載流量越大，所需的過孔尺寸就越大，

8、如電源層、地層與其他層連接所用的過孔就要大一些。,5. 絲印層 為方便電路的安裝和維修，在印制板的上下兩表面印上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等，例如：元件標(biāo)號和參數(shù)、元件輪廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等，這就稱為絲印層(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。 6. 敷銅 對于抗干擾要求比較高的電路板，常常需要在PCB上敷銅。敷銅可以有效地實(shí)現(xiàn)電路板的信號屏蔽作用，提高電路板信號的抗電磁干擾的能力。,7.2 印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求,7.2.1 印制電路板元件布線的基本原則 印制電路板設(shè)計(jì)首先需要完全了解所選用元件及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等。當(dāng)合理地、仔細(xì)地考慮各部

9、件的位置安排時，主要是從電磁兼容性、抗干擾性的角度，以及走線要短、交叉要少、電源和地線的路徑及去耦等方面考慮。,印制電路板上各元件之間的布線應(yīng)遵循以下基本原則： (1) 印制電路中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。 (2) 電阻、二極管、管狀電容器等元件有“立式”和“臥式”兩種安裝方式。 (3) 同一級電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級接地點(diǎn)上。,(4) 總地線必須嚴(yán)格按高頻中頻低頻一級級地按弱電到強(qiáng)電的順序排列，切不可隨便亂接。 (5) 強(qiáng)電流引線(公共地線、功放電源引線等)應(yīng)盡可能寬些，以降低布線電阻及其電壓降，減小寄生耦合

10、而產(chǎn)生的自激。 (6) 阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可長一些，因?yàn)樽杩垢叩淖呔€容易發(fā)射和吸收信號，引起電路不穩(wěn)定。,(2) 各元件排列、分布要合理和均勻，力求整齊、美觀、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。電阻、二極管的放置方式分為平放和豎放兩種，在電路中元件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，一般是采用平放較好。 (3) 電位器。電位器的安放位置應(yīng)當(dāng)滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求，因此應(yīng)盡可能放在板的邊緣，旋轉(zhuǎn)柄朝外。 (4) IC座。設(shè)計(jì)印制板圖時，在使用IC座的場合下，一定要特別注意IC座上定位槽放置的方位是否正確，并注意各個IC腳位是否正確。,(5) 進(jìn)出接線端布置。相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大，一般為

11、2/103/10 in左右較合適。進(jìn)出線端盡可能集中在12個側(cè)面，不要太過離散。 (6) 要注意管腳排列順序，元件引腳間距要合理。如電容兩焊盤間距應(yīng)盡可能與引腳的間距相符。 (7) 在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計(jì)時應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順序要求走線。走線盡量少拐彎，力求線條簡單明了。,(8) 設(shè)計(jì)應(yīng)按一定順序方向進(jìn)行，例如：可以按左往右和由上而下的順序進(jìn)行。 (9) 線寬的要求。導(dǎo)線的寬度決定了導(dǎo)線的電阻值，而在同樣大的電流下，導(dǎo)線的電阻值又決定了導(dǎo)線兩端的電壓降。,7.3 PCB繪圖操作界面,7.3.1 PCB繪圖環(huán)境 1. 創(chuàng)建一個新的PCB設(shè)計(jì)文件 如第4章所述，進(jìn)入P

12、rotel DXP系統(tǒng)，執(zhí)行菜單命令【File】/【New】/【PCB Project】，就可以生成一個新的文件項(xiàng)目，將新建的項(xiàng)目另存為“Exa601.PRJPCB”。執(zhí)行菜單命令【File】/【New】/【PCB】，創(chuàng)建一個新的PCB設(shè)計(jì)文件，彈出如圖7.2所示的PCB繪圖編輯環(huán)境。此時會自動默認(rèn)一文件名，將其另存為“Exa601.PCBDOC”。,圖7.2 PCB繪圖編輯環(huán)境,2. 菜單欄 PCB繪圖編輯環(huán)境下菜單欄的內(nèi)容和原理圖編輯環(huán)境的 菜單欄類似，這里只簡要介紹以下幾個菜單的大致功能： 【Design】：設(shè)計(jì)菜單，主要包括一些布局和布線的預(yù)處理設(shè)置和操作。如加載封裝庫、設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定、

13、網(wǎng)絡(luò)表文件的引入和預(yù)定義分組等操作。,【Tools】：工具菜單，主要包括設(shè)計(jì)PCB圖以后的一些后處理操作。如設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、取消自動布線、淚滴化、測試點(diǎn)設(shè)置和自動布局等操作。 【Auto Route】：自動布線菜單，主要包括自動布線設(shè)置和各種自動布線操作。,3. 主工具欄(Main Toolbar) 主工具欄主要為一些常見的菜單操作提供快捷按鈕。該工具欄為用戶提供了縮放、選取對象等命令按鈕，如圖7.3所示。,圖7.3 Protel DXP主工具欄,4. 放置工具欄(Placement Tools) 執(zhí)行菜單命令【View】/【Toolbars】/【Placement】，則顯示放置工具欄。該工具欄

14、主要為用戶提供各種圖形繪制以及布線命令，如圖7.4所示。表7.2介紹了放置工具欄中各個按鈕的功能及對應(yīng)的菜單選項(xiàng)。,圖7.4 放置工具欄,表7.2 放置工具欄的按鈕及其功能,5. 布局工具欄 執(zhí)行菜單命令【View】/【Toolbars】/【Component Placement】，即可打開布局工具欄。布局工具欄如圖7.5所示。,圖7.5 布局工具欄,6. 選擇查找工具欄(Find Selection) 執(zhí)行菜單命令【View】/【Toolbars】/【Find Selection】，即可打開查找選擇工具欄。 這個工具欄主要提供了所有標(biāo)記為“Selection”的電氣符號(Primitive)

15、，供使用者挑選，如圖7.6所示。,圖7.6 查找選擇工具欄,7. 編輯區(qū) 編輯區(qū)是用來繪制PCB圖的工作區(qū)域。啟動后，編輯區(qū)的顯示柵格間為1000mil。編輯區(qū)下面的選項(xiàng)欄顯示了當(dāng)前已經(jīng)打開的工作層，其中變灰的選項(xiàng)是當(dāng)前層。幾乎所有的放置操作都是相對于當(dāng)前層而言，因此在繪圖過程中一定要注意當(dāng)前工作層是哪一層。,8. 項(xiàng)目管理區(qū) 項(xiàng)目管理區(qū)包含多個面板，其中有三個在繪制PCB圖的時候很有用，它們分別是【Projects】、【Navigator】和【Libraries】?！綪rojects】用于文件的管理，類似于資源管理器；【Navigator】用于瀏覽當(dāng)前PCB圖的一些當(dāng)前信息?！綨avigat

16、or】的對象有五類，瀏覽區(qū)內(nèi)容如圖7.7所示。,圖7.7 瀏覽區(qū)內(nèi)容,7.3.2 PCB圖常用的設(shè)置 在設(shè)計(jì)PCB板之前，應(yīng)先做好相關(guān)設(shè)置工作。這里只介紹與PCB設(shè)計(jì)直接相關(guān)的設(shè)置，有些出于個人喜好的設(shè)置(如顏色設(shè)置)則不再介紹了。 這個設(shè)置窗口對不同的PCB文件來講是有差異的，主要和PCB文件設(shè)置有關(guān)。Protel DXP默認(rèn)的PCB板是雙層板。執(zhí)行菜單命令【Design】/【Board Layers】，彈出如圖7.8所示的對話框。,圖7.8 工作層設(shè)置對話框,(1) 【Signal Layers】分組框：信號層(Signal Layers)。對于雙面板而言，頂層(Top Layer)和底層

17、(Bottom Layer)這兩個工作層必須設(shè)置為打開狀態(tài)，而信號層的其他層面均可以處于關(guān)閉狀態(tài)。 【Top Layer】：頂層，也是元件層。 【Bottom Layer】：底層，也是焊接層。,(2) 【Internal Planes】分組框：內(nèi)電源或地層，主要用于放置電源或地線，通常是一塊完整的銅箔。 (3) 【Mechanical Layers】分組框：機(jī)械層，用于放置一些與電路板的機(jī)械特性有關(guān)的標(biāo)注尺寸信息和定位孔。 (4) 【Silkscreen Layers】分組框：絲印層(Silkscreen Layer)，用于放置元件標(biāo)號、說明文字等。 (5) 【Other Layers】分組框

18、：其他層面(Other Layers)，根據(jù)實(shí)際需要選擇。,【Keep-Out Layer】：禁止布線層，用于繪制印制電路板的邊框。 【Multi-Layer】：多層，包括焊盤和過孔這些在每一層都可見的電氣符號。 【Drill Guide】：鉆孔定位層，此層主要和制板廠商有關(guān)。 【Drill Drawing】：鉆孔層，此層主要和制板商有關(guān)。,7.4 單面板PCB繪制實(shí)例,7.4.1 手工方式繪制PCB板 以圖7.9所示運(yùn)算放大器電路為例(原理圖文件名為“fangda.SCHDOC”)，用手工方式繪制一塊單面板，并講解PCB單面板的設(shè)計(jì)過程。,圖7.9 運(yùn)算放大器原理圖,1. 準(zhǔn)備工作 (1)

19、建立一個新項(xiàng)目“Exa601.PRJPCB”。 (2) 在新項(xiàng)目“Exa601.PRJPCB”中建立一個新的PCB文件“fangda.PCBDOC”。 (3) 在圖7.8所示的工作層設(shè)置中，單面板只選擇【Bottom Layer】層。 (4) 加載封裝庫。不論是采用手工還是自動布線，都必須首先裝入元件封裝庫。 圖7.10為TL082P元件的封裝(DIP-8)。,圖7.10 瀏覽DIP-8封裝,2. 設(shè)置禁止布線區(qū) 單擊編輯區(qū)下面的工作層選項(xiàng)欄中的【Keep-Out Layer】選項(xiàng)，選擇當(dāng)前工作層為禁止布線層。然后用鼠標(biāo)單擊布線工具欄中的 圖標(biāo)，在編輯區(qū)中用導(dǎo)線繪制出一個封閉的區(qū)域，大小為20

20、00 mil1000 mil，如圖7.11所示。,圖7.11 禁止布線區(qū),3. 放置元件 在圖7.10所示【Libraries】瀏覽面板中，選擇“Miscellaneous Devices.IntLib”庫中的“DIP-8”封裝。 (1) 單擊 按鈕，在彈出的對話框中按 按鈕。用鼠標(biāo)將該元件封裝拖放到禁止布線區(qū)內(nèi)的適當(dāng)位置后，單擊左鍵確定放置位置。 (2) 修改元件屬性。在剛放置的元件上雙擊鼠標(biāo)，彈出如圖7.12所示的元件屬性設(shè)置對話框。,圖7.12 元件屬性設(shè)置對話框,【Component Properties】組：元件的基本屬性參數(shù)。其中的【Layer】選項(xiàng)可以設(shè)置此元件安裝在PCB的哪一

21、面中。 【Designator】組：元件標(biāo)號，必須嚴(yán)格與原理圖中的元件標(biāo)號同名。 【Comment】組：元件類型或名稱，根據(jù)元件的實(shí)際名稱填寫。,(3) 依照同樣的方法放置三個電阻封裝(AXIAL-0.3)、一個五腳插座封裝(HDR15H)到禁止布線區(qū)，分別修改屬性參數(shù)，命名為“R1”、“R2”、“R3”和“JP1”，如圖7.13所示。,圖7.13 所有元件封裝,4. 布線 單面板布線只能在【Bottom Layer】進(jìn)行。單擊工作區(qū)下方的【Bottom Layer】，將布線層置為底層。用鼠標(biāo)單擊布線工具欄中的 按鈕，進(jìn)入布線狀態(tài)。根據(jù)原理圖中元器件的連接關(guān)系移動鼠標(biāo)，正確放置每一條連線。單擊

22、鼠標(biāo)右鍵結(jié)束布線。圖7.14為最終布線圖。,圖7.14 放置所有連線,7.4.2 半自動方式繪制PCB板 用純手工的方式繪制PCB板，目前仍然是設(shè)計(jì)人員常用的繪制方式。但手工繪制存在容易出錯，出錯后又不易發(fā)現(xiàn)和查找等缺點(diǎn)。下面結(jié)合原理圖“fangda.SCHDOC”，介紹另一種用半自動方式繪制PCB單面板的方法。 用半自動方式繪制PCB單面板的步驟如下：,(1) 準(zhǔn)備工作和設(shè)置禁止布線區(qū)。此步驟同手工繪制方式。 (2) 在項(xiàng)目“Exa601.PRJPCB”中，切換到原理圖“fangda.SCHDOC”。執(zhí)行菜單命令【Report】/【Bill of Material】，檢查元件封裝。一定要確保

23、元件封裝在庫中可以找到，如圖7.15所示。,圖7.15 正確的元件封裝,(3) 將原理圖的內(nèi)容傳輸?shù)絇CB板。具體步驟如下： 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Update PCB Amp.PCBDOC】，將原理圖的內(nèi)容傳輸?shù)絇CB板上。這時彈出如圖7.16所示的對話框，里面列出了所有即將進(jìn)行的操作。 單擊 按鈕，執(zhí)行所提交的修改。再單擊 按鈕關(guān)閉對話框，此時工作區(qū)已經(jīng)自動切換到“fangda.PCBDOC”，并且在板上禁止布線區(qū)外出現(xiàn)了一些元件和一個斜線框，如圖7.17所示。,圖7.16 將原理圖的內(nèi)容傳送到PCB板,圖7.17 從原理圖中傳送過來的內(nèi)容,(4) 元件布局。其具體步驟如下： 拖

24、動【Room】到禁止布線區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢茫綬oom】中的器件也跟著被拖到相應(yīng)的位置，然后刪除【Room】(方法是單擊【Room】，然后按下鍵盤上的Delete鍵)，如圖7.18所示。,圖7.18 元件移至禁止布線區(qū)內(nèi), 重新用鼠標(biāo)將元件拖動到適當(dāng)?shù)奈恢?。要求元件排列整齊，方便走直線。圖7.19為調(diào)整后的PCB圖。,圖7.19 重新排列后的PCB圖,(5) 連接導(dǎo)線。首先單擊編輯區(qū)下面工作層選項(xiàng)欄中的【Bottom Layer】選項(xiàng)，選擇焊接層為當(dāng)前工作層，用鼠標(biāo)單擊放置工具欄中的 按鈕，根據(jù)飛線提示的連接關(guān)系，連接好各引腳之間的連線，結(jié)果如圖7.20所示。,圖7.20 連線后的PCB圖,在布線

25、的過程中，可以看到以下現(xiàn)象: 當(dāng)使用導(dǎo)線將兩個元件連接起來后，標(biāo)識兩個焊盤間電氣連接關(guān)系的飛線自動消失；刪除兩個焊盤間的連線，飛線又自動顯示出來。 放置導(dǎo)線的過程中，如果導(dǎo)線距離焊盤或其他導(dǎo)線之間的間距超過了設(shè)定的安全距離，則無法放置導(dǎo)線。 如果不刪除兩個焊盤間的現(xiàn)有連線，而是從另一條路徑重新用導(dǎo)線連接，則會發(fā)現(xiàn)原來的連線被自動清除。,(6) 調(diào)整字符串位置。用鼠標(biāo)拖動字符串，將其放到適當(dāng)?shù)奈恢?。在拖動的過程中，可以使用X鍵、Y鍵和空格鍵調(diào)整它們的方向，如圖7.21所示。 (7) 調(diào)整導(dǎo)線寬度。本例所有信號線線寬調(diào)整為20 mil，電源線線寬的調(diào)整為50 mil。將光標(biāo)移動到其中一根信號導(dǎo)線上

26、，雙擊鼠標(biāo)左鍵，彈出如圖7.22所示的【Track】對話框。在該對話框的【W(wǎng)idth】選項(xiàng)中，修改信號線寬度，之后單擊 按鈕，完成修改。逐個線段修改，修改完成之后的電路圖如圖7.23所示。,圖7.21 調(diào)整字符串的位置,圖7.22 修改導(dǎo)線寬度對話框,圖7.23 調(diào)整導(dǎo)線寬度后的PCB,(8) 調(diào)整邊框大小。原定的禁止布線區(qū)邊框如果過大，則將禁止布線區(qū)的邊框線刪除，重新繪制邊框線。將禁止布線區(qū)設(shè)置為適當(dāng)大小。注意：禁止布線區(qū)邊框和導(dǎo)電符號之間的間距不要太小，如圖7.24所示。,圖7.24 調(diào)整邊框大小,(9) 設(shè)置定位孔。如果電路板采用在定位孔上用螺釘固定，則必須在電路板上設(shè)置定位孔。定位孔的

27、位置由機(jī)箱內(nèi)部安裝尺寸來決定。設(shè)置定位孔的步驟如下： 單擊編輯區(qū)下面選項(xiàng)欄中的【Mechanical1】選項(xiàng)，切換到機(jī)械層。 單擊放置工具欄中的 按鈕，在電路板上四角或者其他適當(dāng)?shù)奈恢梅胖眠^孔，將其外徑改為4 mm，孔徑改為3.5 mm。這是電子行業(yè)通用的安裝孔尺寸，可以使用直徑3 mm的標(biāo)準(zhǔn)螺絲安裝。最后結(jié)果如圖7.25所示。,圖7.25 PCB圖的最后結(jié)果,7.5 雙面板設(shè)計(jì)實(shí)例,7.5.1 原理圖組成 在第5章繪制圖5.34時，已知該圖由電源電路“Power.SCHDOC”、I/V轉(zhuǎn)換電路“IV.SCHDOC”、運(yùn)算放大電路“amp.SCHDOC”和單片機(jī)AT89C2051接口等四部分組

28、成，其中前三部分以標(biāo)記(Symbol)的形式存在。,7.5.2 傳輸原理圖文件 將原理圖文件傳輸?shù)絇CB中的操作步驟如下： (1) 在項(xiàng)目“Exa601.PRJPCB”中建立一個新的PCB文件“main.PCBDOC”。 (2) 在圖7.8所示的【Signal Layers】分組框中選中【Bottom Layer】和【Top Layer】，即將工作層設(shè)置成雙層。,(3) 在禁止布線層中繪制一個4000 mil3000 mil的方框作為PCB板外框。 (4) 選擇文件名選項(xiàng)欄中的【main.SCHDOC】選項(xiàng)，切換到原理圖編輯環(huán)境，執(zhí)行菜單命令【Report】/【Bill of Material

29、】，彈出如圖7.26所示的檢查元件封裝對話框。,圖7.26 檢查元件封裝對話框, 缺少某一電路所有元件。可能是該電路未加入項(xiàng)目“Exa601.PRJPCB”。 缺少個別元件。有可能是該元件標(biāo)號有重號現(xiàn)象。 在【Footprint】中有的元件封裝顯示【None Available】，表示該元件未定義封裝。,(5) 在原理圖編輯環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【Update PCB main.PCBDOC】，彈出如圖7.27所示的對話框，其中列出了即將進(jìn)行修改的內(nèi)容。 (6) 單擊 按鈕，Protel DXP會一項(xiàng)一項(xiàng)地執(zhí)行所提交的修改，在每一行后面顯示執(zhí)行的情況。,圖7.27 即將進(jìn)行修改

30、的內(nèi)容,(7) 此時，工作區(qū)已經(jīng)自動切換到“main.PCBDOC”，如圖7.28所示。從圖中可以看出，從原理圖傳輸過來的PCB圖將所有的元件定義到main、power、amp和IV四個【Room】里面。拖動【Room】到禁止布線區(qū)內(nèi)，并刪除【Room】。,圖7.28 從原理圖中傳過來的內(nèi)容,7.5.3 元件布局 布局是PCB圖設(shè)計(jì)工程中最重要的工作，布局是否合理會影響到很多方面，比如PCB板的安裝、電磁干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及PCB板的布通率。在時間允許的情況下，設(shè)計(jì)者應(yīng)仔細(xì)做好布局工作，研究最好的布局方案。本實(shí)例元件布局一定要參考單片機(jī)PCB設(shè)計(jì)的一般要求進(jìn)行(詳見2.4.4節(jié)內(nèi)容)。,1.

31、自動布局 Protel DXP提供的自動布局功能，是以總的飛線距離最短為優(yōu)先考慮的方案的。在原理圖編輯環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Auto Placement】/【Auto Place】，彈出如圖7.29所示的自動布局設(shè)置對話框。,圖7.29 自動布局設(shè)置對話框,在該對話框中選擇【Cluster Placer】方式，并且選中【Quick Component Placement】選項(xiàng)。單擊 按鈕，自動布局結(jié)果如圖7.30所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，所有的元件緊密排列，幾乎每個元件都因?yàn)榫嚯x太近而被Protel DXP以綠色作了標(biāo)記。這種布局顯然不合理，需要用手工調(diào)整來使布局更加合理。,圖7.

32、30 自動布局結(jié)果圖,2. 手工調(diào)整布局 在調(diào)整布局之前先大致構(gòu)思一下，電路中哪些元件比較重要，哪些元件有特殊位置要求(如重量、散熱等)，并對電路板大致做個分區(qū)。如本例中，電源部分放在上方，放大器電路和IV轉(zhuǎn)換電路放在左下方，單片機(jī)電路放在右下方。,調(diào)整順序如下： (1) 放置接插件(J1、JP1、JP2)。單擊鼠標(biāo)左鍵，將接插件拖放到PCB板上適當(dāng)?shù)奈恢谩?(2) 放置三端穩(wěn)壓器(U1U3)。這個器件是電源部分的核心器件，由于兩邊各有兩個電容，因此可以考慮預(yù)留一定空間。 (3) 放置單片機(jī)89C2051(U4)。這個器件是數(shù)字電路的核心器件。,(4) 放置晶振器件及電阻電容等分立器件。晶振器

33、件應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)的晶振信號輸入腳(4、5腳)，電阻電容盡可能與相應(yīng)電路靠近。 圖7.31為手工調(diào)整布局的結(jié)果。,圖7.31 手工布局的結(jié)果,7.5.4 設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置 在印制電路板布局結(jié)束后，便進(jìn)入電路板的布線過程。Protel DXP提供了自動布線的功能，可以用來自動布線。在布線之前，涉及到大量的參數(shù)設(shè)置工作，如果事先設(shè)定好這些參數(shù)值，則可以減少很多修改工作。下面講述布線規(guī)則設(shè)置的參數(shù)設(shè)置過程。,1. 布線設(shè)計(jì)規(guī)則 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Rules】，彈出如圖7.32所示的布線規(guī)則設(shè)置對話框，在對話框中可以設(shè)置布線和其他參數(shù)。參數(shù)設(shè)置主要包括以下幾部分：,圖7.32 布線規(guī)則設(shè)

34、置對話框,(1) 布線規(guī)則一般集中在布線(Routing)類別中，包括走線寬度(Width)、布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Routing Topology)、布線優(yōu)先級(Routing Priority)、布線工作層(Routing Layers)、布線拐角模式(Routing Corners)、過孔的類型(Routing Via Style)和傳輸控制(Fanout Control)。 (2) 電氣規(guī)則(Electrical)類型包括：走線間距約束(Clearance)、短路(Short-Circuit)約束、Un-Routed Net(未布線的網(wǎng)絡(luò))和Un-Connected Pin(未連接的引腳)。

35、,(3) SMT(表貼規(guī)則)設(shè)置具體包括：走線拐彎處表貼約束(SMD To Corner)、SMD到電平面的距離約束(SMD To Plane)和SMD的縮頸約束(SMD Neck-Down)。 (4) 阻焊膜和助焊膜(Mask)規(guī)則設(shè)置包括：阻焊膜擴(kuò)展(Solder Mask Expansion)和助焊膜擴(kuò)展(Paste Mask Expansion)。 (5) 測試點(diǎn)(Testpoint)的設(shè)置包括：測試點(diǎn)的類型(Testpoint Style)和測試點(diǎn)的用處(Testpoint Usage)。,2. 布線設(shè)計(jì)規(guī)則的參數(shù)設(shè)置步驟 (1) 設(shè)置走線寬度。該設(shè)置可以設(shè)置走線的最大、最小和推薦的

36、寬度。在圖7.32中，用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【W(wǎng)idth】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令(如圖7.33所示)，系統(tǒng)將生成一個新的寬度設(shè)置約束。使用鼠標(biāo)單擊新生成的寬度設(shè)置約束，系統(tǒng)將會彈出如圖7.34所示的走線寬度設(shè)置對話框。,圖7.33 New Rule命令,圖7.34 走線寬度規(guī)則設(shè)置, 在圖7.34所示的【Name】編輯框中輸入名稱“Width-All”，在【W(wǎng)here the First object matches】單元中選擇“All”(即設(shè)置該寬度應(yīng)用到整個PCB板)，然后單擊【Design Rules】面板，則在【Design Rule

37、s】面板上會出現(xiàn)這個新名稱。 同樣的方法用【New Rule】命令再生成一個新的寬度設(shè)置約束，在【Name】編輯框中輸入+12 V/12 V/+5 V/GND，在Where the First object matches單元中選擇“Net”，單擊“All”旁的下拉列表，從列表中選擇+12 V，在“Full Query”框中會顯示InNet(+12V)。, 使用“Query Builer”將范圍擴(kuò)展為包括“12 V”、“+5 V”和“GND”網(wǎng)絡(luò)。首先選中“Advanced(Query)”，然后單擊 按鈕，此時彈出“Query Helper”對話框，如圖7.36所示。,圖7.35 設(shè)置+12

38、V電源的走線寬度,圖7.36 “Query Helper”對話框, 單擊 按鈕，檢查表達(dá)式是否正確。如果正確，單擊 按鈕關(guān)閉“Query Helper”對話框，此時在【Full Query】框中的內(nèi)容已被更新，走線寬度設(shè)置完成，如圖7.37所示。,(2) 設(shè)置走線間距(Clearance)。該項(xiàng)用于設(shè)置走線與其他對象之間的最小距離。用鼠標(biāo)左鍵選中【Electrical】/【Clearance】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的走線間距約束。單擊新生成的走線間距約束，系統(tǒng)會彈出如圖7.38所示的走線間距設(shè)置對話框。,圖7.37 設(shè)置+12 V/-1

39、2 V/+5 V/GND走線寬度,圖7.38 走線間距設(shè)置對話框,(3) 設(shè)置布線拐角模式(Routing corners)。用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【Routing corners】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的布線拐角規(guī)則。單擊新生成的布線拐角規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.39所示的對話框。,圖7.39 布線拐角模式設(shè)置,(4) 設(shè)置布線工作層(Routing Layers)。該選項(xiàng)用來設(shè)置在布線過程中哪些信號層可以使用。用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【Routing Layers】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New

40、Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的布線工作層規(guī)則。單擊新生成的布線工作層規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.40所示的布線工作層設(shè)置對話框。,圖7.40 布線工作層設(shè)置對話框,(5) 設(shè)置布線優(yōu)先級(Routing Priority)，即布線的先后順序。先布線的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級比后布線的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級要高。最高優(yōu)先級為“100”，最低為“0”。,用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【Routing Priority】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的布線優(yōu)先級規(guī)則。單擊新生成的布線優(yōu)先級規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.41所示的布線優(yōu)先級設(shè)置對話框。,圖7.41 布線優(yōu)先級

41、設(shè)置對話框,(6) 設(shè)置布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Routing Topology)。用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【Routing Topology】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)則。單擊新生成的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.42所示的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置對話框。 現(xiàn)結(jié)合圖7.42中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D，簡要介紹各種布線拓?fù)浞绞降囊饬x。拓?fù)浞绞饺鐖D7.43所示。,圖7.42 布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置對話框,圖7.43 拓?fù)浞绞?【Shortest】：保證各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連線總長度最短。 【Horizontal】：布線過程中以水平走線為主。當(dāng)布局

42、時元件水平方向上空間較大時，通常選擇這種策略。 【Vertical】：布線過程中以豎直走線為主。當(dāng)布局時元件豎直方向上空間較大時，通常選擇這種策略。 【Daisy-Simple】：將網(wǎng)絡(luò)表中節(jié)點(diǎn)頭到尾連接，中間沒有任何分支，呈鏈狀連接。這種連接方式連線可能比較長。,【Daisy-MidDriven】：是【Daisy-Simple】策略的一種改進(jìn)策略。在所有該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中找到一個中間節(jié)點(diǎn)，然后分別向左、右鏈狀連接擴(kuò)展下去。 【Dasiy-Balanced】：是【Daisy-MidDriven】策略的一種特殊形式，要求該中間節(jié)點(diǎn)左、右長度基本保持平衡。 【StarBurst】：星型拓?fù)洳呗?。選擇某

43、一節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)，然后所有連線均從中心節(jié)點(diǎn)引出。,(7) 設(shè)置過孔類型(Routing Via Style)。用鼠標(biāo)左鍵選中【Routing】/【Routing Via Style】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的過孔類型規(guī)則。單擊新生成的過孔類型規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.44所示的過孔類型設(shè)置對話框。,圖7.44 過孔類型設(shè)置對話框,(8) 設(shè)置走線拐彎處與表貼元件焊盤的距離(SMD To Corner)。用鼠標(biāo)左鍵選中【SMT】/【SMD To Corner】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的走

44、線拐彎處與表貼元件焊盤距離的規(guī)則。單擊新生成的規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.45所示的走線拐彎處與表貼元件焊盤的距離設(shè)置對話框。,圖7.45 走線拐彎處與表貼元件焊盤的距離設(shè)置對話框,(9) 設(shè)置SMD的縮頸限制(SMD Neck-Down)，即SMD的焊盤寬度與引出導(dǎo)線寬度的百分比。用鼠標(biāo)左鍵選中【SMT】/【SMD Neck-Down】選項(xiàng)，然后單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇【New Rule】命令，系統(tǒng)將生成一個新的SMD的縮頸限制規(guī)則。單擊新生成的規(guī)則，系統(tǒng)會彈出如圖7.46所示的SMD的縮頸限制對話框。,圖7.46 SMD的縮頸限制對話框,7.5.5 PCB自動布線 完成布線規(guī)則設(shè)置以后，就

45、可以進(jìn)行布線操作了。但是這些布線規(guī)則并不能將設(shè)計(jì)者所有的設(shè)計(jì)要求都包括，因此還需要做一些預(yù)處理工作，以便更完整地體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路。,1. 自動布線前的預(yù)處理 1) 焊盤的處理(Pad) 在設(shè)計(jì)封裝庫時，通常選擇的焊盤半徑都是用默認(rèn)值。如果焊盤的半徑偏小，在焊接時烙鐵的溫度太高，則會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，因此常常需要對焊盤做一些處理。 在PCB圖中選擇一個焊盤，將光標(biāo)移動到該焊盤上，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇【Properties】菜單項(xiàng)，彈出如圖7.47所示的對話框。設(shè)置完參數(shù)后，單擊 按鈕，觀察修改的結(jié)果。,圖7.47 將圓形焊盤修改為橢圓形焊盤,2) 對PCB板進(jìn)行敷銅(Polygon

46、Plane) 為了提高PCB的抗干擾性，通常對要求比較高的PCB板實(shí)行敷銅處理。比如，晶振電路是高頻電路，應(yīng)該禁止在晶振電路下面的頂層(Top Layer)走信號線，以免該信號線和晶振相互干擾。 (1) 單擊布線工具箱框內(nèi)的 圖標(biāo)，或執(zhí)行【Place】/【Polygon Plane】命令，彈出如圖7.48所示的敷銅區(qū)屬性設(shè)置對話框。,圖7.48 敷銅區(qū)屬性設(shè)置對話框,對話框中各主要選項(xiàng)的意義如下： 【Grid Size】：敷銅區(qū)網(wǎng)格寬度。 【Track Width】：敷銅區(qū)導(dǎo)線寬度。 【Net Options】分組框：主要用來設(shè)置敷銅區(qū)的網(wǎng)絡(luò)屬性。 “Connect to Net”：設(shè)置敷銅區(qū)

47、所屬的網(wǎng)絡(luò)。通常選擇“GND”，即對地網(wǎng)絡(luò)。 “Pour Over Same Net”：覆蓋掉與敷銅區(qū)同一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線。 “Remove Dead Copper”：刪除和網(wǎng)絡(luò)沒有電氣連接的敷銅區(qū)。,【Properties】分組框： “Layer”：敷銅區(qū)所在的工作層。 “Lock Primitives”：只允許將敷銅區(qū)看做一個整體來執(zhí)行修改、刪除等操作，在執(zhí)行這些操作時會給出提示信息。 【Hatching Style】分組框，用來設(shè)置敷銅區(qū)網(wǎng)格線的排列類型。 【Surround Pads With】分組框： “Arcs”：敷銅區(qū)按圓弧形方式包圍焊盤。 “Octagons”：敷銅區(qū)按八角形方式包圍

48、焊盤。,(2) 設(shè)置好敷銅區(qū)屬性參數(shù)后，單擊 按鈕，然后用鼠標(biāo)拉出一段首尾相連的折線，可以為任意形狀多邊形。 本實(shí)例中，在頂層晶振電路下放置一塊面積適當(dāng)?shù)姆筱~ 區(qū)，如圖7.49所示。,圖7.49 為晶振電路放置敷銅區(qū),3) 放置填充區(qū)(Fill) 填充區(qū)就是在PCB上的某些區(qū)域人為放置銅箔。填充區(qū)常常與地線相連，用于加大接地面積，提高PCB的屏蔽效果，同時還可以改善散熱條件。填充區(qū)與敷銅區(qū)不同，填充區(qū)不帶網(wǎng)格。 雙擊填充區(qū)，系統(tǒng)彈出如圖7.51所示的填充區(qū)屬性設(shè)置對話框，選擇填充區(qū)所在層(Layer)和所在的網(wǎng)絡(luò)(Net)即可。,放置填充區(qū)操作方法：單擊布線工具箱中的 按鈕，然后將光標(biāo)移動到穩(wěn)

49、壓集成電路和整流橋位置，拉出一個方框?qū)⑺鼈兏采w起來，就成功地放置了一塊填充區(qū)。填充區(qū)屬性被默認(rèn)為“Top Layer”，如圖7.50所示。,圖7.50 預(yù)處理后的效果圖,圖7.51 填充區(qū)屬性設(shè)置對話框,2. PCB自動布線 Protel DXP提供了具有先進(jìn)技術(shù)的布線器進(jìn)行自動布線。在開始布線之前，先介紹一下自動布線菜單。單擊菜單欄中的【Auto Route】菜單，打開如圖7.52所示的下拉菜單。,圖7.52 自動布線的下拉菜單,(1) 全局布線。其操作步驟如下： 執(zhí)行【Auto Route】/【All】命令，對整個PCB圖進(jìn)行布線。執(zhí)行該命令后，系統(tǒng)會彈出如圖7.53所示的自動布線設(shè)置對話

50、框。,圖7.53 自動布線設(shè)置對話框, 單擊 按鈕，程序開始對電路板進(jìn)行自動布線。最后，系統(tǒng)會彈出一個布線信息框，如圖7.54所示，用戶可以從中了解布線的情況。完成的布線結(jié)果如圖7.55所示。從圖中可看出仍有少量飛線未布成功，此時可調(diào)整相關(guān)器件位置，重新布線或手工布線。 如果發(fā)現(xiàn)以上自動布線結(jié)果不理想，可以執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Unroute】/【All】，會發(fā)現(xiàn)剛才的所有布線全部消失了。,圖7.54 布線信息框,圖7.55 自動布線所得到的PCB圖,(2) 選定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線。執(zhí)行【Auto Route】/【Net】命令，對所選中的網(wǎng)絡(luò)自動布線。選擇該菜單項(xiàng)后，光標(biāo)變成十字光標(biāo)。在PC

51、B編輯區(qū)內(nèi)，單擊的地方靠近焊盤時，系統(tǒng)會彈出如圖7.56所示的菜單。選擇需要布線網(wǎng)絡(luò)的焊盤或者飛線，單擊鼠標(biāo)左鍵，則選中的網(wǎng)絡(luò)被自動布線，如圖7.57所示。,圖7.56 Net布線方式菜單,圖7.57 選定Net布線結(jié)果,(3) 兩連接點(diǎn)進(jìn)行布線。執(zhí)行【Auto Route】/【Connection】命令，對所選中的連接自動布線。 (4) 指定元件進(jìn)行布線。執(zhí)行【Auto Route】/【Component】命令，對所選中的元件上的所有的連接進(jìn)行布線。選擇該菜單項(xiàng)后，光標(biāo)變成十字光標(biāo)。在PCB編輯區(qū)內(nèi)，選擇需要進(jìn)行布線的元件，則與該元件相連的網(wǎng)絡(luò)被自動布線。本實(shí)例選中U7運(yùn)算放大器，如圖7.5

52、9所示。,圖7.58 選定連接點(diǎn)進(jìn)行布線,圖7.59 指定元件進(jìn)行布線,(5) 指定區(qū)域進(jìn)行布線。執(zhí)行【Auto Route】/【Area】命令，對所選中的區(qū)域內(nèi)所有的連接布線。不管是焊盤還是飛線，只要該連接有一部分處于該區(qū)域即可。選擇該菜單項(xiàng)后，光標(biāo)變成十字光標(biāo)。在PCB編輯區(qū)內(nèi)，用鼠標(biāo)拉出一片區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)所有連接被自動布線，如圖7.60所示。,圖7.60 指定區(qū)域進(jìn)行布線,(6) 其他布線命令如下： 【Stop】：終止自動布線過程。 【Reset】：對電路重新布線。 【Pause】：暫停自動布線過程。 【Restart】：重新開始自動布線過程。 (7) 自動布線設(shè)置。執(zhí)行【Auto Ro

53、ute】/【Setup】命令，系統(tǒng)會彈出圖7.53所示的自動布線設(shè)置對話框。,3. 手工調(diào)整印制電路板 Protel DXP的自動布線完成以后，總會存在一些令人不滿意的地方。在自動布線之后，往往還應(yīng)該用手工方式進(jìn)行多次修改。下面講述手工調(diào)整的一般步驟。 (1) 加寬電源/接地線。這一步工作其實(shí)在自動布局中線寬設(shè)置的時候就應(yīng)該完成。但是設(shè)計(jì)完電路板后，如果需要增加電源/接地線的寬度，這時就需要手工加粗。本實(shí)例中，需要加寬三端穩(wěn)壓集成電路U1、U2和U3的電源輸入線，如圖7.61所示。將光標(biāo)移動到要修改的導(dǎo)線上，雙擊導(dǎo)線，在彈出的圖7.62所示的對話框中修改線寬(Width=25 mil)。加寬后的導(dǎo)線如圖7.63所示。,圖7.61 需要加粗的導(dǎo)線,圖7.62