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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。,