PROTEL印刷版的设计.ppt

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1、PROTEL 99SE PCB设计,原码工作室,第五章 PCB设计,5.1 印制电路板的设计步骤5.2 创建PCB图文件5.3 装载元件库5.4 设置电路板工作层面5.5 规划电路板5.6 装入网络表与元件5.7 元 件 布 局5.8 自 动 布 线5.9 给电路板添加标注,原理图元件与PCB元件,5.1 印制电路板的设计步骤,准备原理图和网络表,新建PCB设计文件,加载网络表,制作元件封装,电路板布局,电路板布线,输出报表,规划电路板,图5-1 PCB设计步骤,5.2 创建PCB图文件,新建一个PCB图文件可以进入设计文件夹“【Document】”，执行菜单命令【File】/【New】或在工

2、作区内单击鼠标右键，选择【New】选项，会弹出如图5-2所示的选择文件类型的对话框。双击该对话框中的【PCB Document】图标，即可创建一个新的印制板电路图文件，默认的文件名为“PCB1.PCB”。在工作窗口中该文件的图标上单击、或在设计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键，即可进入如图5-3所示的印制电路板编辑器,图5-2 创建PCB文件,图5-3 PCB工作界面,5.3 装载元件库,在浏览器的组合框中，选择库【Libraries】。用鼠标左键单击【Add/Remove】按钮，将出现如图5-4所示的关于引入库文件的对话框。,图5-4 PCB元件封装库,5.4 设置电路板工作层面,5.4

3、.1 有关电路板的几个基本概念 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。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。,5.4 设置电路板工作层面,焊盘、过孔：焊盘（Pa

4、d）的作用是放置、连接导线和元件引脚。过孔（Via）的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。,5.4 设置电路板工作层面,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

5、板适合设计比较复杂的电路，应用也最为广泛。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。,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）。安全间距：进行印刷电路板的设计时，为了避免导线、过

6、孔、焊点及元件的相互干扰，必须使它们之间留出一定的距离，这个距离称之为安全间距（Clearance）。,5.4 设置电路板工作层面,敷铜：敷铜是在信号层上布置的大面积铜层。覆铜可以有效的实现电路板的信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰能力。,5.4 设置电路板工作层面,5.4.2 工作层面的类型 Protel 99 SE提供了若干不同类型的工作层面，包括信号层（Signal layers）、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 layer

7、s）、丝印层（Silkscreen layers）、钻孔位置层（Drill Layers）和其他工作层面（Others）。,5.4 设置电路板工作层面,下面介绍各工作层面的功能。1.信号层（Signal layers）信号层主要是用来放置元件（顶层和底层）和导线的。2内部电源/接地层（Internal plane layers）内部电源/接地层主要用来放置电源线和地线。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,5.4 设置电路板工作层面,4阻焊层（Solder mask layers）阻焊层有2个Top Solder Mask（顶层阻焊层）和Bo

8、ttom 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-flow”（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。,5.4 设置电路板工作层面,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

9、Out Layer）禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。,5.4 设置电路板工作层面,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置到所有的信号层上。10DRC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。,5.4 设置电路板工作层面,5.4.3 设置工作层面设置方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】，出现【Document Option】对话框，选择其中的【Layers】标签即

10、可进入工作层面设置对话框，如图5-7所示。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。,5.4 设置电路板工作层面,图5-5 PCB工作层设置对话框,5.5 规划电路板,所谓规划电路板，就是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。首先设定当前的工作层面为【Keep Out Layer】。单击下方的【KeepOutLayer】标

11、签即可将当前的工作层面切换到Keep Out Layer层面，如图5-6所示。在该层面上确定电路板的电气边界位置。,图5-6 PCB禁止布线层,5.5 规划电路板,图5-7 PCB电气边界绘制,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。1、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

12、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5-8所示的装入网络表的对话框。,5.6 装入网络表与元件,图5-8 装入网络表与元件,5.6 装入网络表与元件,电路图、网络表和PCB元件的匹配 这里的匹配就是要求电路图、网络表和PCB元件的名称、元件结构和封装形式等内容要一一对应。,5.6 装入网络表与元件,图5-9 装入网络表后元件布局图,5.7 元 件 布 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

13、行菜单命令【Tppls】/【Auto Placement】/【Auto Placer】，出现如图5-10所示的对话框。,5.7 元 件 布 局,图5-10 自动布局对话框,5.7 元 件 布 局,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。【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。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

14、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,5.7 元 件 布 局,【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,5.7 元 件 布 局,5.7.2 元件的手工布局与调整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

15、以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置等。,5.7 元 件 布 局,图5-10 自动布局,图5-11 手动布局,5.7 元 件 布 局,5.7.3 元件标注的调整 对元件进行一系列的调整后，元件的标注过于杂乱，影响了电路板的美观。所以，需要对元件标注进行调整。用户可以对元件的标注进行移动、旋转和编辑等操作,5.8 自 动 布 线,自动布线是指Protel 99 SE程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，按照一定的算法，依照网络表所指定的连接关系，自动在各个元件之间进行连线，从而完成印刷电路板的布线工作。,5.8 自 动 布 线,5.8.1 网络的分类 执行菜单命令【Design】/【Cla

16、sses】打开网络分类窗口，如图5-12所示。Net页面用于网络分类，Component页面用于元件分类，From-To页面用于点到点网络的分类，Pad用于焊盘的分类。Add：增加新的分类。Edit：编辑已存在的分类。Delete：删除已存在的分类。Select：按指定的分类选择电路板图中属于该分类的对象,5.8 自 动 布 线,图5-12 网络分类,5.8 自 动 布 线,图5-12 网络分类完毕,5.8 自 动 布 线,5.8.2 设置布线规则在进行自动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定自动布线的参数。如果参数设置不当，可能导致自动布线失败。自动布线的参数包括布线层面、布线优

17、先级别、布线的宽度、布线的拐角模式、过孔孔径类型、尺寸等，这些参数设定后，自动布线就会依据这些参数进行自动布线。因此，自动布线的成败在很大程度上与参数的设置有关。,5.8 自 动 布 线,图5-13布线规则设置对话框,5.8 自 动 布 线,1设置布线宽度（Width Constraint）在前面，已经把网络分成两类：一类是电源线，另一类是信号线。在这里要把电源线的布线宽度设置为50mil，而信号线的布线宽度设置为15mil。如图5-11所示的窗口。2选择布线工作层面（Routing Layers）在【Routing】选项卡中，选中【Rules Classes】选项列表框中的【Routing

18、Layers】选项，该项用于设置布线的工作层面以及各个布线层面上的走线的方向。如图5-12所示的窗口。,5.8 自 动 布 线,图5-14设置布线宽度对话框,图5-15 设置工作层面对话框,5.8 自 动 布 线,3设置布线优先级别（Routing Priority）布线优先级别，是指程序允许用户设定各个网络布线的顺序。4孔径尺寸限制规则设置（Hole Size Constraint）在【Design Rules】窗口中，选择【Manufacturing】选项卡。再从【Rule Class】栏中选择【Hole Size Constraint】选项，就会得到一个定义孔尺寸规则的对话框。单击【Ad

19、d】按钮进入如图5-16所示的对话框。,5.8 自 动 布 线,图5-16 设置焊盘尺寸对话框,5.8 自 动 布 线,5自动布线器的参数设定 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，如图5-17所示。,图5-17 自动布线对话框,5.8 自 动 布 线,对话框中的各项设置说明如下。1Router 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，采用这种布线方案，将从SMD焊盘引

20、出一段铜膜线，并在铜膜线未端放置一个过孔【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。,5.8 自 动 布 线,2Manufacturing 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整理。【Clean

21、 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。【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。,3Pre-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”。,5.8.3 自动布线布线参数设置完毕后，就可以开始自动布线了。Protel 99 SE中自动布线的方式有很多，既可以进行全局布线，也可以对用户

22、指定的区域、网络、元件甚至是连接进行布线，用户可以根据需要选择最佳的方式。,5.8 自 动 布 线,图5-17 自动布线,5.8 自 动 布 线,5.8.4 设计规则的检测 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5-18所示的对话框，现在就可以设置一些参数了。,5.8 自 动 布 线,图5-18 设计规则检测对话框,5.8 自 动 布 线,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

23、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。,5.9 给电路板添加标注,5.9.1 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。5.9.2 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,5.9 给电路板添加标注,图5-19 重新编辑元件标识对话框,5.9 给电路板添加标注,【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 Descendin

24、g】：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。【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 Position】：选择该项时，元件自身的坐标值决定元件的编号和标注值。,5.10敷铜的应用,具体的实现方法可以执行菜单命令【Place】/【Polygon Plane】或单击 按钮，即可出现如图5-20所示的对话框。,图5-20 多边形属性对话框,5.10敷铜的应用,其中包括5个区域

25、，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铜。,5.10敷铜的应用,【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

26、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。,5.10敷铜的应用,【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-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 Hat

27、ching】：本选项设定进行透空的敷铜。,5.10敷铜的应用,【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。,5.11 包地的应用,执行菜单命令【Tools】/【Outline Selected Objects】命令就会得到如图5-21所示的结果。,5.12 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。补泪滴的方法可以执行菜单命令【Tools】/【Teardrops】，会弹出如图7-8所示的对话框。,