Protel 99 SE 印制电路板设计教程 第2版 教学课件 ppt 作者 郭勇 第9讲 PCB设计基础及单面板设计

PCB辅助Protel99SE印制电路板设计教程（第2版）PCB辅助设计第9讲PCB设计基础及简单PCB设计主要内容一、PCB编辑器二、PCB设计基本组件三、PCB工作层四、规划PCB五、设置PCB元件库六、元件封装放置与布局调整七、放置焊盘、过孔八、手工布线PCB辅助设计一、PCB编辑器1.启动PCB99SE进入Protel99SE的主窗口后，执行菜单File→New建立新的设计项目，单击OK按钮，在出现的新界面中指定文档位置，再次执行File→New，屏幕弹出新建文件的对话框，单击图标，系统产生一个PCB文件，默认文件名为PCB1.PCB，此时可以修改文件名，双击该文件进入PCB99SE编辑器。2.PCB编辑器的画面管理⑴窗口显示在PCB99SE中，窗口管理可以执行菜单View下的命令实现，窗口的排列可以通过执行Windows菜单下的命令来实现，常用的命令如下。PCB辅助设计PCB辅助设计执行菜单View→FitBoard实现全板显示。执行菜单View→Refresh可以刷新画面。执行菜单View→Boardin3D可以显示整个PCB的3D模型，使用该功能可以观察元件的布局或布线是否合理。⑵PCB99SE坐标系执行菜单Edit→Origin→Set，将光标移到要设置为新的坐标原点的位置，单击左键，即可设置新的坐标原点。执行菜单Edit→Origin→Reset，可恢复绝对坐标原点。PCB辅助设计⑶单位制设置执行View→ToggleUnits可以实现英制和公制切换。⑷浏览器使用执行菜单View→DesignManager打开管理器，选中BrowsePCB选项打开浏览器，在浏览器的Browse下拉列框中可以选择浏览器类型。Nets--网络浏览器，显示板上所有网络名。Component--元件浏览器，在将显示当前电路板图中的所有元件名称和选中元件的所有焊盘。Libraries--元件库浏览器，在放置元件时，必须使用元件库浏览器，这样才会显示元件的封装名。Violations--违规错误浏览器，查看当前违规信息。Rules--设计规则浏览器，可以查看并修改设计规则。PCB辅助设计二、PCB设计基本组件1.板层（Layer）板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的几层板是指敷铜层的层面数。一般在敷铜层上放置焊盘、线条等完成电气连接；在非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等；还有一些层面（如禁止布线层）用来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产。敷铜层一般包括顶层（又称元件面）、底层（又称焊接面）、中间层、电源层、地线层等；非敷铜层包括印记层（又称丝网层、丝印层）、板面层、禁止布线层、阻焊层、助焊层、钻孔层等。PCB辅助设计对于一个批量生产的电路板而言，通常在印制板上铺设一层阻焊剂，阻焊剂一般是绿色或棕色，除了要焊接的地方外，其它地方根据电路设计软件所产生的阻焊图来覆盖一层阻焊剂，这样可以快速焊接，并防止焊锡溢出引起短路；而对于要焊接的地方，通常是焊盘，则要涂上助焊剂。PCB辅助设计2.焊盘（Pad）焊盘用于固定元器件管脚或用于引出连线、测试线等，它有圆形、方形等多种形状。焊盘的参数有焊盘编号、X方向尺寸、Y方向尺寸、钻孔孔径尺寸等。焊盘分为插针式及表面贴片式两大类，其中插针式焊盘必须钻孔，表面贴片式焊盘无须钻孔。PCB辅助设计3.金属化孔（Via）金属化孔也称过孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，通常在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。过孔可以是通孔式和掩埋式。通孔式是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。PCB辅助设计印制导线用于印制板上的线路连接，通常印制导线是两个焊盘（或过孔）间的连线，而大部分的焊盘就是元件的管脚，当无法顺利连接两个焊盘时，往往通过跳线或过孔实现连接。4.连线（Track、Line）连线是指有宽度、有位置方向（起点和终点）、有形状（直线或弧线）的线条。在敷铜面上的线条一般用来完成电气连接，称为印制导线或铜膜导线；在非敷铜面上的连线一般用作元件描述或其它特殊用途。PCB辅助设计5.元件的封装（ComponentPackage）元件的封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的元件外形轮廓和引脚焊盘的间距。不同的元件可以使用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装形式。印制元件的封装是显示元件在PCB上的布局信息，为装配、调试及检修提供方便。在Protel2004中元件的图形符号被设置在丝印层（也称丝网层）上。PCB辅助设计元件封装的命名一般与管脚间距和管脚数有关，如电阻的封装AXIAL0.3中的0.3表示管脚间距为0.3英寸或300mil（1英寸=1000mil）；双列直插式IC的封装DIP8中的8表示集成块的管脚数为8。元件封装中数值的意义如图4-7所示。PCB辅助设计电路原理图元件与印制板元件的比较电路原理图中的元件是一种电路符号，有统一的，而印制板中的元件代表的是实际元件的物理尺寸和焊盘，集成电路的尺寸一般是固定的，而分立元件一般没有固定的尺寸，可根据需要设定。PCB辅助设计6.网络（Net）和网络表（Netlist）从一个元器件的某一个管脚上到其它管脚或其它元器件的管脚上的电气连接关系称作网络。每一个网络均有唯一的网络名称，有的网络名是人为添加的，有的是系统自动生成的，系统自动生成的网络名由该网络内两个连接点的管脚名称构成。网络表描述电路中元器件特征和电气连接关系，一般可以从原理图中获取，它是原理图设计和PCB设计之间的纽带。PCB辅助设计7.飞线（Connection）飞线是在电路进行自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，网络飞线不是实际连线。通过网络表调入元件并进行布局后，可以看到网络飞线，不断调整元件的位置，使网络飞线的交叉最少，以提高自动布线的布通率。自动布线结束，未布通的网络上仍然保留网络飞线，此时可以可用手工连接的方式连通这些网络。8.安全间距（Clearance）在进行印制板设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元件的相互干扰，必须在它们之间留出一定的间距，这个间距称为安全间距。9.栅格（Grid）栅格用于PCB设计时的位置参考和光标定位，栅格有公制和英制两种。PCB辅助设计三、PCB工作层1.工作层的类型在Protel99SE中进行印刷电路板设计时，系统提供了多个工作层面，主要层面类型如下。⑴信号层(Signallayers)。信号层主要用于放置与信号有关的电气元素，共有32个信号层。其中顶层（Toplayer）和底层（Bottomlayer）可以放置元件和铜膜导线，其余30个为中间信号层（Midlayer1～30），只能布设铜膜导线，置于信号层上的元件焊盘和铜膜导线代表了电路板上的敷铜区。⑵内部电源/接地层(Internalplanelayers)。共有16个电源/接地层（Plane1～16），主要用于布设电源线及地线，可以给内部电源/接地层命名一个网络名，在设计过程中PCB编辑器能自动将同一网络上的焊盘连接到该层上。PCB辅助设计⑶机械层(Mechanicallayers)。共有16个机械层，用于设置板的物理尺寸、数据标记、装配说明等。⑷丝印层(Silkscreenlayers)。主要用于放置元件的外形轮廓、标号和注释等信息，包括顶层丝印层(TopOverlay)和底层丝印层（BottomOverlay）两种。⑸阻焊层（SolderMasklayers）。放置其上的焊盘和元件代表电路板上未敷铜的区域，分为顶层阻焊层和底层阻焊层。⑹锡膏防护层（Pastemasklayers）。主要用于SMD元件的安装，分为顶层防锡膏层和底层防锡膏层。⑺钻孔层（DrillLayers）。钻孔层提供制造过程的钻孔信息，包括钻孔指示图（DrillGuide）和钻孔图（DrillDrawing）。PCB辅助设计⑻禁止布线层（KeepOutLayer）。禁止布线层定义放置元件和布线区域范围，一般禁止布线区域必须是一个封闭区域。⑼多层（MultiLayer）。用于放置电路板上所有的穿透式焊盘和过孔。2.定义工作层执行Design→LayerStackManager定义信号层、内部电源层/接地层的数目。PCB辅助设计PCB辅助设计执行菜单Design→MechanicalLayers，设置机械层。设置完信号层、内部电源/接地层和机械层后，执行菜单Design→Options，选中Layers选项卡，选中的层将出现在工作层设置对话框中，如图示。设置完信号层、内部电源/接地层和机械层后，选中的层将出现在工作层设置对话框中，如图4-19所示。PCB辅助设计四、规划PCBPCB辅助设计在PCB设计中，首先要规划印制板，即定义印制板的机械轮廓和电气轮廓。印制板的机械轮廓是指电路板的物理外形和尺寸，需要根据公司和制造商的要求进行相应的规划，机械轮廓定义在4个机械层上，比较合理的规划机械层的是在一个机械层上绘制电路板的物理轮廓，而在其它的机械层上放置物理尺寸、队列标记和标题信息等。印制板的电气轮廓是指电路板上放置元件和布线的范围，电气轮廓一般定义在禁止布线层上，是一个封闭的区域。通常在一般的电路设计中仅规划PCB的电气轮廓，本例中采用公制规划。PCB辅助设计PCB辅助设计工作层KeepoutLayerPlace→Line闭合PCB辅助设计五、设置PCB元件库在设计管理器中选中BrowsePCB选项，在Browse下拉列表框中选择Libraries，将其设置为元件库浏览器。单击Libraries栏下方的Add/Remove按钮设置元件库。PCB99SE中，印制板库文件位于DesignExplorer99SE\Library\Pcb目录下，常用的印制板库文件是GenericFootprint文件夹中的Advpcb.ddb，本例中元件均在该库。元件也可以自行设计，调用时必须装载自定义的元件库。PCB辅助设计六、元件封装放置与布局调整1.元件放置从元件浏览器中选中元件后，单击右下角的Place按钮，放置该元件。执行菜单Place→Component或单击放置工具栏上按钮，放置元件。PCB辅助设计双击元件，屏幕弹出图示的元件属性对话框，可以修改元件属性。PCB辅助设计2.手工移动元件⑴用鼠标拖动⑵执行菜单Edit→Move→Component，移动元件⑶执行菜单Edit→Move→Drag，拖动元件，线一起动。⑷执行菜单Edit→Jump→Component，快速定位元件。3.旋转元件方向选中元件，按住左键不放，按空格键进行旋转，旋转的角度可以通过执行菜单Tools→Preferences进行设置，在弹出的对话框中选中Options选项卡，在RotationStep中设置旋转角度，系统默认为90度。PCB元件一般不进行翻转，以免出现管脚不对应。4.元件标注的调整元件标注文字一般要求排列要整齐，文字方向要一致，不能将标注文字放在元件的框内或压在焊盘或过孔上。PCB辅助设计标注文字未调整好PCB辅助设计七、放置焊盘、过孔1.放置焊盘执行Place→Pad或单击放置工具栏上按钮，进入放置焊盘状态，移动光标到合适位置后，单击左键，放下一个焊盘，单击鼠标右键，退出放置状态。在焊盘处于悬浮状态时，按〈Tab〉键，调出焊盘的属性对话框，如图所示。PCB辅助设计自由焊盘，可改变形状螺丝孔，设置焊盘尺寸与孔径相等即可PCB辅助设计2.放置过孔过孔用于连接不同层上的印制导线，执行菜单Place→Via或用单击放置工具栏上按钮，进入放置过孔状态，移动光标到合适位置后，单击左键，放下一个过孔，此时仍处于放置过孔状态，可继续放置过孔。在放置过孔状态下，按〈Tab〉键，调出属性对话框。对话框中包括两个选项卡，其中Properties选项卡设置过孔直径、过孔钻孔直径、过孔所导通的层、过孔所在的网络等。本例中由于是单面板设计，无须使用过孔。PCB辅助设计八、手工布线1.为手工布线设置栅格在进行手工布线时，如果栅格的设置不合理，布线可能出现锐角，或者印制导线无法连接到焊盘上，因此必须合理地设置捕获栅格尺寸。设置捕获栅格尺寸可以在电路工作区中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择SnapGrid，从对话框中选择捕获栅格尺寸。2.放置印制导线导线可放置在任何工作层上，当放在信号层上时，具有电气特性，称为印制导线；当放置在其它层时，代表无电气特性的绘图标志线。本例中是单面板，故布线层为BottomLayer(底层)。PCB辅助设计单击小键盘上的<*>键，将工作层切换到BottomLayer。执行菜单Place→Line或单击放置工具栏上按钮，放置印制导线。在放置印制导线过程中，同时按下〈Shift>+空格键，可以切换印制导线转折方式，共有六种，分别是45度、弧线、90度、圆弧角、任意角度和1/4圆弧转折。PCB辅助设计3.设置手工布线的线宽在手工放置印制导线时，系统默认的线宽是10mil，在放置铜膜的过程中按下<Tab>键，屏幕弹出线宽设置对话框，如图示，可以定义线宽和连线的工作层。手工布线后的电路如图4-40所示，其中印制导线的线宽设置为1.2mm，焊盘的直径为1.8mm。PCB辅助设计4.交互式布线执行菜单Place→Line或单击放置工具栏按钮，进行交互式布线，在布线过程中切换工作层会自动添加过孔。PCB辅助设计5.用填充区加宽地线在印制板设计中，为提高系统的抗干扰性，通常需要设置大面积的电源/地线区域，这可以用填充区来实现。填充方式有矩形和多边形两种，它们都可以设置连接到指定的网络上。填充区可以放置于任何层上，若放置在信号层上，它代表一块铜箔，具有电气特性，经常在地线中使用；若放置在非信号层上，代表不具有电气特性的标志块。执行菜单“Place”→“Fill”或单击放置工具栏上按钮，进入放置矩形填充区状态，移动光标到合适位置后，单击左键，定下矩形块的起点，移动鼠标拖出一个矩形块，大小合适后，再次单击左键，放下一个矩形块。将地线改为使用填充区布设的电路如图4-47所示。填充区加宽地线