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1、1,第5章 PCB板图设计,5.1 PCB及分类 5.2 Protel 99 SE启动/关闭 1.3 界面管理 1.4 数据库文件 1.5 设计组管理 本章小结 思考与练习1,返回主目录,2,5.1 PCB及分类,5.1.1 PCB及分类 PCB(Printed circuit board印刷电路板),3,4,5,6,单面板：电路板一面敷铜，另一面没有敷铜，敷铜的一面用来布线及焊接，另一面放置元件。单面板成本低，但只适用于比较简单的电路设计。双面板：电路板的两面都敷铜，所以两面都可以布线和放置元件，顶面和底面之间的电气连接是靠过孔实现的。由于两面都可以布线，所以双面板适合设计比较复杂的电路，应
2、用也最为广泛。多层板：不但可以在电路板的顶层和底层布线，还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面。用多层板可以设计更加复杂的电路。,7,长度单位及换算：Protel 99 SE 的PCB编辑器支持英制（mil）和公制（mm）两种长度计量单位。它们的换算关系是：100mils=2.54mm（其中1000mils=1Inches）。执行菜单命令【View】/【Toggle Units】就能实现这两种单位之间的相互转换。也可以按快捷键Q进行转换。转换后工作区坐标的单位和其他长度信息的单位都会转换为mm（或mil）。,8,1.Protel 99 SE提供了：信号层（Signal layer
3、s）内部电源/接地层（Internal plane layers）机械层（Mechanical layers）阻焊层（Solder mask layers）锡膏防护层（Paste mask layers）丝印层（Silkscreen layers）钻孔位置层（Drill Layers）其他工作层面（Others）,5.1.2 PCB工作层,9,1）信号层（Signal layers）信号层主要是用来放置元件和导线的。（顶层和底层）正片性质：线路或图元是覆铜区。可有Mid Layer1-Mid Layer302）内部电源/接地层（Internal plane layers）内部电源/接地层主要用
4、来放置电源线和地线。,物理层,10,3）机械层（Mechanical layers）机械层一般用于放置有关制板和装配方法的信息。机械层1一般用于画板子的边框；机械层3一般用于画板子上的挡条等机械结构件；机械层4一般用于画标尺和注释等。,绘图层,例：4 Port Serial Interface,4）阻焊层（Solder mask layers）阻焊层有2个Top Solder Mask（顶层阻焊层）和Bottom Solder（底层阻焊层），用于在设计过程中匹配焊盘，并且是自动产生的,5）锡膏防护层（Paste mask layers）锡膏防护层的作用与阻焊层相似，但在使用“hot re-fl
5、ow”（热对流）技术安装SMD元件时，锡膏防护层用来建立阻焊层的丝印。,11,6）丝印层（Silkscreen layers）丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。7）钻孔层（Drill layer）钻孔层主要是为制造电路板提供钻孔信息，该层是自动计算的。Protel 99 SE提供Drill guide和Drill drawing两个钻孔层。,8）禁止布线层（Keep Out Layer）禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。9）多层（Multi layers）多层代表信号层，任何放置在多层上的元件会自动添加到所在信号层上，所以可以通过多层，将焊盘或穿透式过孔快速地放
6、置到所有的信号层上。,12,10）DRC错误层（DRC Errors）用于显示违反设计规则检查的信息。11）连接层（Connection）该层用于显示元件、焊盘和过孔等对象之间的电气连线。,13,2 设置工作层面,设置方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】,14,进入【Option】选项卡，结果如图5-8所示。在该选项卡中可对【Grid】（栅格）、【Electrical Grid】（电气栅格）、【Measurement】（计量单位）等选项进行设定。,15,1)设置信号层和内部电源/接地层,执行菜单命令【Design】/【Layer Stack Manager】,16,2)设置M
7、echanical layers,执行菜单命令【Design】/【Mechanical Layers】，,17,18,5.1.3 PCB基本元素,19,1 元件封装,20,21,针脚式元件,所谓针脚式元件，就是元件的引脚是一根导线，安装元件时该导线必须通过焊盘穿过电路板焊接固定。所以在电路板上，该元件的引脚要有焊盘，焊盘必须钻一个能够穿过引脚的孔（从顶层钻通到底层），下图所示为针脚式元件的封装图，其中的焊盘属性中的Layer板层属性必须设为MultiLayer。,22,23,表面贴装式元件,表面贴装式元件是直接把元件贴在电路板表面上。它是靠粘贴固定的，所以焊盘就不需要钻孔了，因此成本较低。表面
8、贴装式元件各引脚间的间距很小，所以元件体积也较小。由于安装时不存在元件引脚穿过钻孔的问题，所以它特别适合于用机器进行大批量、全自动地进行机械化的生产加工。下图为表面贴装式元件的封装图，其中焊盘的Layer属性必须设置为单一板层，如TopLayer（顶层）或BottomLayer（底层）。,24,25,封装图结构 不管是针脚式元件还是表面贴装式元件，其结构如下图所示，可以分为元件图、焊盘、元件属性3个部分，说明如下：,26,元件名称 在实际应用中电阻、电容的名称分别是AXIAL和RAD，对于具体的对应可以不做严格的要求，因为电阻、电容都是有两个管脚，管脚之间的距离可以不做严格的限制。直插元件有双
9、排的和单排的之分，双排的被称为DIP，单排的被称为SIP。表面贴装元件的名称是SMD，贴装元件又有宽窄之分：窄的代号是A，宽的代号是B。,介绍：protel元件封装总结.doc 芯片封装详细介绍.doc,27,2 铜膜线,简称导线，是敷铜经腐蚀后形成的用于连接各个焊点的导线。印刷电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。,28,飞线：用来表示连接关系的线。它只表示焊盘之间有连接关系，是一种形式上的连接，并不具备实质性的电气连接关系。飞线在手工布线时可起引导作用，从而方便手工布线。飞线是在引入网络表后生成的，而飞线所指的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。当同一网络中，部分电气连接断
10、开导致网络不能完全连通时，系统就又会自动产生飞线提示电路不通。利用飞线的这一特点，可以根据电路板中有无飞线来大致判断电路板是否已完成布线。,29,3 焊盘（Pad）,作用是放置、连接导线（自由焊盘）和元件引脚。,30,主要作用是实现不同板层间的电气连接。过孔主要有3种。穿透式过孔（Through）：从顶层一直打到底层的过孔。半盲孔（Blind）：从顶层遇到某个中间层的过孔，或者是从某个中间层通到底层的过孔。盲孔（Buried）：只在中间层之间导通，而没有穿透到顶层或底层的过孔。,4 过孔（Via）,丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。,31,5 字符丝印（Via）,主要
11、用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。,32,6 敷铜（多边形填充）,印制线路板上的大面积敷铜常用于两种作用，一种是散热，一种用于屏蔽来减小干扰，如果说整块线路的地回路性质相同，可大面积敷铜。在敷铜时最好采用栅格状铜箔。,33,5.2 印制电路板的设计步骤,印制电路板的设计步骤,34,5.3 PCB设计界面,1 新建PCB文件2 文件管理3 工具条、状态栏、命令栏的显示和隐藏4 PCB设计系统管理5 层管理（打开 关闭 当前层）6 图纸平移,35,绘制第一张原理图对应的PCB,36,5.4 设置PCB设计环境,5.4 1 设计参数设置,菜单命令【Design】/【Option】,3
12、7,38,39,5.4 设置PCB设计环境,5.4 2 系统参数设置,菜单命令【Tools】/【prefernces】,40,5.5 规划电路板,根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。Keep Out LayerMechanical layers,41,42,43,5.6 装入网络表与元件,规划好电路板后，接着就是要装入网络表和元件。网络表和元件是同时装入的。网络表与元件的装入过程，实际上就是将原理图设计的数据装入印制电路板的设计系统PCB的过程。,44,一、利用设
13、计同步器装入网络表和元件的具体操作步骤如下。在原理图编辑器中执行菜单命令【Design】/【Update PCB】，出现如图5-17所示的对话框。,45,46,47,48,49,50,二、利用原理图生成的网络表文件装入网络表和元件。生成网络表的方法，可以在原理图的设计的工作环境下，执行菜单命令【Design】/【Create Netlist】，可以看到随后会出现网络表文件“*.net”。在利用网络表文件装入网络表和元件时，可以在PCB编辑器中执行菜单命令【Design】/【Load Nets】，出现如图5-22所示的装入网络表的对话框。,51,52,53,54,55,56,5.7 元 件 布
14、局,5.7.1 元件的自动布局Protel 99 SE提供了强大的元件自动布局的功能，可以通过程序算法自动将元件分开，放置在规划好的电路板电气范围内。元件自动布局的实现方法可以执行菜单命令【Tppls】/【Auto Placement】/【Auto Placer】，出现如图5-27所示的对话框。,57,对话框中选项的定义如下。【Cluser Placer】：成组布局方式。【Statistical Placer】：统计布局方式。【Quick Component Placement】：快速元件布局。,58,59,【Group Components】：该选项的功能是将当前网络中连接密切的元件归为一组
15、。排列时该组的元件将作为整体考虑，默认状态为选中。【Rotate Component】：该选项的功能是根据当前网络连接与排列的需要使元件或元件组旋转方向。若未选中该选项则元件将按原始位置放置。默认状态为选中。,60,【Power Nets】：电源网络名称。这里将网络设定为“VCC”。【Ground Nets】：接地网络名称。这里将接地网络设定为“GND”。【Grid Size】：设置元件自动布局时格点的间距大小。,61,62,元件的布局要考虑以下几个方面的问题。（1）元件布局应便于用户的操作使用。（2）尽量按照电路的功能布局。（3）数字电路部分与模拟电路部分尽可能分开。（4）特殊元件的布局要根
16、据不同元件的特点进行合理布局。（5）应留出电路板的安装孔和支架孔以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置等。,63,64,65,5.9 布线和设置布线规则,在进行自动或手动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定布线的参数。参数包括布线层面、布线优先级别、布线的宽度、布线的拐角模式、过孔孔径类型、尺寸等。,66,一般需要重新设置以下几点:,它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为，极少数印板加工厂家的生产能力在，假如能征得他们同意你就能设成此值。0.1mm 以下是绝对禁止的。,1、安全间距(Cl
17、earance Constraint),67,68,设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的,2、走线层面和方向（Routing Layers）,69,规定手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重要的。,3、过孔形状（Routing Via Style）,70,规定了手工和自动布线时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取，另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，如地线、+5 伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在Design-N
18、etlist Manager中定义好，地线一般可选1mm 宽度，各种电源线一般可选0.5-1mm 宽度，印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流，具体可参看有关资料。当线径首选值太大使得SMD 焊盘在自动布线无法走通时，它会在进入到SMD 焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线，其中Board 为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。,4、走线线宽（Width Constraint）,71,72,建议用Relief Connect 方式导线宽度Conductor Width 取0.3-0.5mm 4 根导线45 或90
19、度。其余各项一般可用它原先的缺省值，而象布线的拓朴结构、电源层的间距和连接形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。,5、敷铜连接形状的设置（Manufacturing标签的Polygon Connect Style）,73,选Tools-Preferences，其中Options 栏的Interactive Routing 处选Push Obstacle（遇到不同网络的走线时推挤其它的走线，Ignore Obstacle为穿过，Avoid Obstacle 为拦断）模式并选中Automatically Remove（自动删除多余的走线）。Defaults 栏的Track 和Via 等也可改一下，
20、一般不必去动它们。在不希望有走线的区域内放置FILL 填充层，如散热器和卧放的两脚晶振下方所在布线层，要上锡的在Top 或Bottom Solder 相应处放FILL。,74,自动布线器的参数设定的方法，可以执行菜单命令【Auto Routing】/【Setup】，进入自动布线器设置对话框，。,1自动布线器的参数设定,5.10 自动或手动调整,75,76,对话框中的各项设置说明如下。1）Router Passes选项区域Router Passes区域包含5个复选框。【Memory】复选框：即采用内存模式的布线策略。【Fan Out Used SMD Pins】复选框：适用于SMD焊盘，采用这种
21、布线方案，将从SMD焊盘引出一段铜膜线，并在铜膜线未端放置一个过孔。,77,【Pattern】复选框：在自动布线过程中，该布线方案有多种算法，每种算法对应一类模块，是一种搜索式布线方法。【Shape Router-Push and Shove】复选框：推挤布线方式。【Shape Router-Rip Up】复选框：设置该项，能够使布线器撤消发生间距冲突的走线，并重新布线以消除间距冲突。,78,2）Manufacturing Passes区域该区域用于设置与制作电路板有关的自动布线方案，包含4个复选框。【Clean Up During Routing】复选框：在布线期间对电路板上的连线和焊盘进行
22、整理。【Clean After Routing】复选框：在布线完毕后对电路板上的连线和焊盘进行整理。,79,【Evenly Space Tracks】复选框：在焊盘之间均匀布线。【Add Testpoints】复选框：在网络上增加测试点。一般情况下不用设置测试点。,80,3）Pre-Routes区域 该区域用于设置对预布线的处理方式。只有一个复选框。【Lock All Pre-Route】复选框：锁定已有的布线。4Routing Grid设置布线栅格大小，这里将栅格值设置为“20mil”。,81,需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用V
23、IEW3D 功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map 查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End 键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。,2手工调整,82,自动布线器的参数设定的方法，可以执行菜单命令【Auto Routing】/【Setup】，进入自动布线器设置对话框，。,1自动布线器的参数设定,5.11 自动或手动调整,83,自动布线的结果是否正确可能是自动布线结束后存在的一个疑问，本系统本身具备的检测功能可以来解除这个疑问。检测的实现方法可以执行菜单命令【Tools】/【Design Rule Check
24、】，弹出如图5-56所示的对话框，现在就可以设置一些参数了。,5.11 设计规则的检测,84,85,设计规则的检测可以分为两种结果：一种是报表（Report）输出，可以产生检测的结果报表；另一种是在线检测（On-Line）工具，也就是在布线的过程中对布线规则进行检测，防止错误产生。,86,自动布线的结果是否正确可能是自动布线结束后存在的一个疑问，本系统本身具备的检测功能可以来解除这个疑问。检测的实现方法可以执行菜单命令【Tools】/【Design Rule Check】，弹出如图5-56所示的对话框，现在就可以设置一些参数了。,5.11 设计规则的检测,87,5.12 给电路板添加标注,5.
25、12.1 标注文字标注文字通常包括元件的编号、层面的作用和设计日期等。,88,89,【1 By Ascending X Then Ascending】：选择该项时，从左下脚由下至上进行重新编号和标注。【2 By Ascending X Then Descending】：选择该项时，从左上脚由上至下进行重新编号和标注。【3 By Ascending Y Then Ascending】：选择该项时，从左下脚由左至右进行重新编号和标注。,90,【4 By Ascending Y Then Descending】：选择该项时，从左上脚由右至左进行重新编号和标注。【5 Name from Positio
26、n】：选择该项时，元件自身的坐标值决定元件的编号和标注值。,91,5.12.2 标注尺寸将当前的工作层面切换成【Drill Drawing】层。执行菜单命令【Place】/【Dimension】5.9.3 放置定位孔,92,5.13 三 维 视 图,创建三维视图的方法可以执行菜单命令【View】/【Board in 3D】或单击主工具栏上的按钮即可。可以看到系统会自动生成一个三维的视图出来，并且在当前的窗口中打开，如图5-71所示。,93,94,95,5.13 三 维 视 图,创建三维视图的方法可以执行菜单命令【View】/【Board in 3D】或单击主工具栏上的按钮即可。可以看到系统会自
27、动生成一个三维的视图出来，并且在当前的窗口中打开，如图5-71所示。,96,敷铜的应用,具体的实现方法可以执行菜单命令【Place】/【Polygon Plane】，即可出现如图所示的对话框。,97,其中包括5个区域，说明如下。【Net Options】：本区域用于设定铜膜与网络之间的关系，其中包括一个栏及两个选项，说明如下：【Connect to net】：本栏用于设定该敷铜所要连接的网络。【Pour Over Same Net】：本选项用于设定，敷铜时如果遇到相同网络走线，是否直接覆盖之。【Remove Dead Copper】：本选项用于设定，敷铜时是否要删除孤立而无法连接到指定网络的敷
28、铜。,98,【Place Setting】：本区域用于设定敷铜的栅格间距与所在板层，其中包括3个栏及一个选项，说明如下。【Grid Size】：本栏用于设定敷铜的栅格间距。【Track Width】：本栏用于设定敷铜的线宽，如果线宽大于或等于敷铜的栅格间距，电路板空白处将会敷满铜。【Layer】：本栏用于设定敷铜的板层。【LockPrimitives】：本选项用于设定该敷铜为整体的敷铜还是一般的走线，通常都要选择本选项。,99,【Hatching Style】：本区域用于设定该敷铜的类型，其中包括5种敷铜的类型，说明如下。【90-Degree Hatch】：本选项设定进行90线的敷铜。【45-
29、Degree Hatch】：本选项设定进行45线的敷铜。【Vertical Hatch】：本选项设定进行垂直敷铜。【Horizontal Hatch】：本选项设定进行水平敷铜。【No Hatching】：本选项设定进行透空的敷铜。,100,【Surround Pads with】：本区域的功能是确定铜膜与焊点间的围绕方法，各项说明如下。【Octagon】：本选项设定用八角形绕边。【Arc】：本选项设定用圆孤绕边。【Minimum Primitives Size】：本区域用于设定允许的最短敷铜线。,101,补泪滴的应用,泪滴是指导线与焊点或导线的连接处的过度区域。此区域通常设计为泪滴形状，是为了防止在钻孔的时候的应力集中而使接触处断裂。补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的S 和A 键（全选），再选择Tools-Teardrops，选中General 栏的前三个，并选Add 和Track 模式，如果你不需要把最终文件转为PROTEL 的DOS 版格式文件的话也可用其它模式，后按OK 钮。完成后顺序按下键盘的X 和A 键（全部不选中）。对于贴片和单面板一定要加。,102,103,
