PCB手工布线2

1、8.5 元件布线 PROTEL99SE 同样提供了功能强大的自动布线功能，其自动布线的布通率令人叹 服。但是，往往在自动布线后经过仔细检查，却不难发现有许多缺陷。例如，绕线过长、 焊盘跟部的布线偏离焊盘中心，个别天线条尚未布通等。所以往往还必须手工布线，以 调整其美观程度，使其更趋于合理。 对于电路极其简单的电路板，也可以不通过自动布线，直接进行手工布线。 8.5.1 印制板布线原则 与布局类似，电路板布线同样没有一个完整的原则可言，布线的优劣实际上大多取 决于经验和精力。其大致原则一般可归纳为： 走线应尽可能短，可能的话，尽可能用单面板布线，以使造价最省，连线的线宽视 通过的电流大小而定，在

2、板面允许时，尽量增加线宽。当前普通的制板技术，线宽不小 于 0.3mm 时，方能保证可靠。电源线和地线尽可能加宽，有利于降低连线电阻。线与线 的间距应根据线宽、两线之间的最大电位差要求的最小电气间隙及爬电距离、电路板的 使用环境等综合考虑来决定。在高输入阻抗线路中，应考虑电路板的漏电流对输入的影 响，布线时应采取措施予以防护。单面板只在一面布线，只要将电路连接点用合适宽度 的导电图形连通即可，一旦有两个点之间无法直接连通，允许使用外加跨接线。双面板 在两面布线，布线原则是一面以横线为主，另一面以纵线为主，两面连线的连接，可以 通过引线孔实现。双面板一般不允许用跨接线连通。 为防止信号干扰，还应

3、注意信号线与地线的布置原则： 1首级输入线与末级的输出线、 强电流线与弱电流线、 高频线与低频线等应分开走， 其间距离应足够大，以避免相互干扰。 2合理布置接地线 （电子线路中的地通常是指电路电路的公共参考点，并非指大地） 为避免各级电流通过地线时产生相互间的干扰，特别是末级电流通过地线对第一级的反 馈干扰，以及数字电路部分电流通过地线对模拟电路产生干扰，通常采用地线割裂法使 各级地线自成回路， 然后再分别一点接地。 换句话说， 各级的地是割裂的， 不直接相连， 然后再分别接到公共的一点地上。 根据上述一点接地的原则，布置地线时应注意如下几点： 1）输出级与输入级不允许共用一条地线。 2）数字

4、电路与模拟电路不允许共用一条地线。 3）输入信号的“地”应就近接在输入级的地线上。 4）输出信号的“地”应接公共地，而不是输出级的“地”。 5）各种高频和低频退耦电容的接 “地”端应远离第一级的地。 显然，上述单点接地的方法可以完全消除各级之间通过地线产生的相互影响，但接 地方式比较麻烦，且接地线比较长，容易产生寄生振荡。因此，在印刷电路板的地线布 置上常常采用另一种地线布置方式，即串联接地方式，各级地一级级直接相连后再接到 公共的地上。 在这种接地方式中，各级地线可就近相连，接地比较简单，但因存在地线电阻，各 级电流通过相应的地线电阻产生干扰电压，影响各级的工作。为了尽量抑制这种干扰， 常常

5、采用加粗和缩短地线的方法，以减小地线电阻。 8.5.2 元件连线 1画线前的准备工作 1）设置信号层：打开 Bottom Layer 底层或 Top Layer 顶层，其方法为，执行 Design 设计菜单命令， 点击选项 Option 下拉菜单，弹出 Document Options 对话框，点击 Layers 层标签，可发现该框架下具有许多“层”前面的单选框，见图 8-28 所示。在需要的框上 点击打勾， 即选中了该层， 这里须按图示打开有关层， 其中包含 Bottom Layer 底层和 Top Layer 顶层，按 钮关闭该对话框。 图 8-28 层对话框 2）选择线条宽度，其方法为：

6、执行 Design 菜单命令，点击 Rulse 下拉菜单，弹出 Design Rulse 对话框，见图 8-29 所示。 2 图 8-29 布线设置对话框 3）点击 Routing 标签，在 Ruls Classes 栏下移动滚动条至最下方， 点击 Width Constraint 行命令，其对话框下方显示当前默认的线条宽度。按 钮，进一步弹出线条宽度 设置对话框，见图 8-30 所示。可修改线条的最大、最小和合适的线条宽度。 图 8-30 线条宽度设置对话框 4）在绘图区下方点击 Bottom Layer 底层（或 Top Layer 顶层），使之跃于其他层之 上方为可用状态。见图 8-31

7、 所示。 图 8-31 选择一个层为可用状态 5）用本章 8 3（放置元件、焊盘和过孔）之一（放置元件）介绍的方法获取要连 线的元件。 6）下达连线命令， 即点击绘图工具上的图标，或执行 Place 菜单下的 Track 命令。 此时已下达了画线命令，光标呈“十”字状，接下来就可以在幅面上画线了。 2两个元件引脚对齐情况下的直线连线 对如图 8-32 所示的三极管 3脚和电阻 2脚之间要进行直线连接的情况， 操作最简单。 图 8-32 连线前 图 8-33 连线后，光标上继续连着线条 在已下达了画线命令，光标呈“十”字状时，移动光标到三极管 3 脚上点击一下， 决定了线条的起点，再移动光标到电

8、阻2 脚上点击一下，即连接好了。此时光标上继续 留有线条，通过移动鼠标可观察到。可以继续连接到别的元件的引脚，见图 8-33 所示。 这里要停止画线，按一下鼠标右键扯断与光标上的连线，才决定了线条的终点。但 光标上还有“十”字，表示依然处于画线状态，实际上是可以再决定另一个线条的起点 的，如果不再需要画线，再按一下鼠标的右键，才撤销画线命令。可下达其他命令。 完成直线连线的线条如图 8-34 所示。 图 8-34 完成直线连线的线条 由此可见，在画好一条连线后，按一下右键，才扯断鼠标上的连线，只有按两下右 键，才撤销画线状态。初学者往往不注意这一点，在画线状态时就欲去执行下一个其他命令，结果下

9、一个命令不但不能被执行，还导致原视觉幅面内的图形跑到屏幕以外的区 域去了，初学者要找回来亦非易事。 3两个元件引脚不对齐情况下的折线连线 还利用图 8-32，现在要把两元件的 1 脚连接起来。 如果这两个脚在 45线上，连接方法和上面直线连接是相同的。现在这两元件的1 脚不在 45线上。正常情况下，按图 8-33 先平后折（或先垂后折）连接。注意，折线 连接在决定终点时需要按两下鼠标左键，第一次按鼠标左键决定的是转折点，第二次按 鼠标左键才决定电阻 1 脚的真正终点。 图 8-33 折线连接 图 8-34 对偶折线连接 在下达起点命令后如果按一下空格键则可实现先折后平 （先折后垂） 连接，如图

10、 8-34 所示。 4几种特殊的连接形式 以下介绍几种特殊的连接方法，如任意角度直线连接、直角连接、弧形连接等，其 操作方法都是由 Shift键+空格键控制的，其Shift 键+空格键的按键次数决定了连接形式。 具体的，移动光标到线条起点，按一下鼠标左键，便确定了线条的起点，再移动光 标至线条的终点，此时不要按鼠标左键，而是按 Shift 键 +空格键，数次，每次都改变连 接形式， 通过目测确定了某一种连接形式后， 按鼠标左键确定终点， 才确定了连接形式。 在准备选择某一种连接形式后，未按鼠标左键确定终点前，按空格键，可得到与目 测的连接形式的对偶连接形式。具体的有如下所示的几种。 任意角度直

11、线连接形式 90连接形式 90连接对偶形式 圆弧连接（1） 圆弧连接（ 1）对偶形式 圆弧连接（2） 圆弧连接（ 2）对偶形式 图 8-35 线条的几种特殊连接形式 两点连线除以上几种外，还可以组合成另外的连线，这里就不一一叙述了。 5不同板层之间的连线过孔的使用 对于双面板或多层板的连线，如果线条在走线时被同一层的另一个线条所阻挡，如 图 8-36 所示， 在被阻挡前可通过过孔孔壁的金属转到另一层来继续走线， 然后到终点的 焊盘上确定和焊盘连接。 图 8-36 线条被同层线条阻挡 图 8-37 通过过孔在不同层交叉连线 具体方法为：决定起点后，确定从起点开始的一部分线条，当继续想越过同层线条

12、 时，按小键盘区的“ +”号，可自动放置过孔，使上、下板层之间通过过孔的孔壁金属 而实现连接，到另一层继续绘制余下的连线，至终点焊盘时固定之，见图 8-37 所示。 8.6 元件重新标注 当元件在电路板上的位置都固定以后，元件序号可能排列的较乱，可以进行元件序 号的重新标注。 执行菜单命令 Tools，弹出下拉菜单， 点击 Re-Annotate ，弹出 Positional Re-Annotate 对话框，如图 8-38 所示。 图 8-38 元件重标注对话框 可以继续点选左侧 5 个单选钮， 用以选择元件序号的重新排列顺序， 按 钮确定。 8.7 PCB 元件设计 PCB 封装元件实际上就

13、是元件外观和元件引线端子的图形。PCB 封装元件基本可分 为两类： 传统插板式元件和表面贴附式元件， 其在电路板上的安装形式和相应的 PCB 封 装图形见图 8-39 所示。 他们大致都是由两部分组成：外形轮廓和引线端子。外形轮廓在 PCB 上是以印刷油漆的形式体现的；引线端子在 PCB 上又是以焊盘的形式体现的。因 此，各引线端子的间距就决定了该元件相应焊盘的间距，这是与电路图元件图形的引线 所不同的。例如：一个 1/4W 的电阻器与一个 2W 的电阻器其电路图元件图形是没有区 别的，而其 PCB 图元件却有外形轮廓的大小和引线间距的大小之分。 1）传统插板式 DIP 元件 2）表面贴附式

14、SMD 元件 图 8-39 传统插板式元件与表面贴附式元件的比较 要设计一个特定的 PCB 图，必须先具有这个电路系统中所有 PCB 封装元件。虽然 Protel99SE 提供了许多的 PCB 封装元件，但是，毕竟全世界各个元器件制造企业每天都 有新的元器件问世。所幸， PROTEL 各个版本的软件都提供了手工制作新的元器件的接 口部分， PROTEL99SE 也不例外。所以，必须学会自己制作 PCB 封装元件。 PCB 封装元件是分门别类地存放在 PCB 元件库中的。一个 PCB 元件库里可以只有 一个 PCB 元件，也可以拥有多个 PCB 元件。鉴于这种关系，显然，要制作一个PCB 封 装

15、元件，必须先创建一个 PCB 元件库，然后就可以在这个 PCB 元件库中制作 PCB 封装 元件并可以添加多个 PCB 封装元件。 8.7.1 PCBLib 编辑器启动 打开 Protel99SE ，建立一个 *.ddb 设计数据库，执行菜单命令 FileNew 弹出 NewDocument 选择文档类型对话框如图 8-40 所示。对话框中 PCB Library Document 图 标即为创建元件库的图标。 图 8-40 选择设计文档对话框 8.7.2 新建与打开 PCB元件库 1新建 PCB 元件库 双击上述对话框中 PCB Library Document 图标创建 PCB 元件库，即

16、建立了一个新的 电路板图元件库，弹出设计文档对话框， 如图 8-41 所示， 此时可以修改新建的电路板图 元件库的名字，方法是右击新建立的电路板图元件库文件 PCBLIB.LIB ，在弹出的快捷 菜单中点击 Rename，如修改为 MyPCBLIB.LIB 。 图 8-41 新建 PCBLIB 元件库文件 2打开 PCB 元件库 双击 PCB 元件库 MyPCBLIB.LIB 图标，进入 PCBLIB 元件库编辑器界面， 如图 8-42 所示。 图 8-42 PCBLIB 元件库编辑器界面 3绘图工具 PCBLibPlacementTools 简介 默认情况下， 系统按图 8-43 的其中一种

17、形式显示 PCBLibPlacementTools 绘图工具栏。 10 1) 浮动形式 2) 边缘固定形式 图 8-43 绘图工具栏 如果没有显示， 则执行菜单命令 ViewCustomize ，弹出 Customize 对话框，见图 8-44。 点击 Toolbars 标签，将 PCBLibPlacementTools 单选框选中，使其为(为选中) ，按 Close 关闭该对话框，此时便可弹出 PCBLibPlacementTools 绘图工具栏。该绘图工具栏 如果以一整条的形式出现时，则被嵌在软件界面的四个边缘上，不太容易察觉，可仔细 查找一下。如果还是没有显示，可能在操作界面之外，只要将

18、操作系统显示属性设置为 1024768 象素点便会出现。 Pad：焊盘工具，用于绘制焊盘。焊盘是用于连接PCB 和元件引线端子的，即 PCB 和元件是依靠在焊盘处用焊料来焊接以进行可靠接触，对于直插式元件，焊盘中心 还必须有穿孔， 由于该孔穿透 PCB 的每一层， 所以直插式元件元件的焊盘一般是以复合 层( Multil Layer )来体现的。 Track：线条工具，用于绘制线条。绘制线条与所选的层有关系，在PCB 元件 制作时，线条工具大都用于绘制 PCB 元件轮廓线，所以绘线时大多选在顶层丝印层 ( TopOverlay )，也有选在底层丝印层( BootOverlay )的，这两层表示

19、 PCB 上该元件轮 廓线最终是以油漆印刷的方式来表现的。 图 8-44 打开绘图工具栏 PCBLibPlacementTools Arc ：圆或圆弧工具。其作用同 Track 直线工具。 11 在 PCB 封装元件绘制时，最常使用以上三项工具；较少使用以下的工具。 Via ：过孔工具，用于绘制过孔。过孔是实现将不同层（如顶层Top Layer 和底 层 Boot Layer ）的铜箔线条（ Track ）进行有效连接的。过孔不同于焊盘，他是不插接元 件引线端子的。过孔和焊盘也有相似之处：孔壁布满了金属，称为金属孔化。 String ：字符工具。 Full ：填充工具。 阵列粘贴工具。 坐标工

20、具。 测量距离工具。 8.7.3 元件库的管理 1浏览已经存在的 PCB 封装元件库 执行菜单命令 FileOpen ，弹出打开文件对话框，缺省情况下，按照： 路径可以寻找 到系统提供最常用的 PCB 封装元件库 ADVPCB.ddb ，该库中提供有常用的三极管、 二极 管、电阻器、电位器、电解电容器、无极性电容器、集成电路、开关、接插件、熔断器 等。在打开该 PCB 封装库时可以通过点击 或 实现浏览。在附录中有该元件库 中的常用 PCB 封装元件图形。 2删除元件库中不需要的元件 8-45 所示，执行菜 如果已经不需要元件库中的某元件，可删除之。其方法是：在已经打开的 PCBLIB 元件库

21、编辑器界面中，点击元件库浏览器中欲删除的元件名称，见图 单命令 ToolsRemove Component ，弹出消息框，按 Yes 钮即可。 图 8-45 浏览元件 3编修已经存在的 PCB 封装元件库的焊盘端口号 由于受绘制 SCH 电路图所用的 SCH 电路图元件的引线端口号（ Numbel ）限制，相 应配套 PCB 封装元件的引线端口号必须与之相同。如果不相同，在下一节的 PCB 的自 动获取元件和网络时会发生错误。 因此，对已经存在的 PCB 封装元件有时是要编辑修改 12 的，特别是引线端口号的编修会更多一些。例如：在绘制 SCH 电路图时使用了 NPN 三 极管，并定义其封装属

22、性( FootPrint )为 TO-18 ，而 NPN 三极管在 SCHLIB 电路图元件 库中的三个引线端口号( Number )是 E、B、C；TO-18 的 PCB 封装元件在 PCBLIB.ddb 库中的三个引线端口号( Designator)是 1、 2、3，那么就必须对引线端口号进行编修。 至于采用对 SCHLIB 中的 NPN 的引线端口 E、B、C 编修为 1、2、3，还是采用对 PCBLIB.ddb 中的 TO-18 的引线端口 1、2、3 编修为 E，B，C，这都是可以的。多数情况下，采用后 者。 编修方法是比较简单的， 以 TO-18 为例： 打开 ADVPCB.ddb

23、 元件库文件， 点击 以 打开项目管理器，在 Browse PCBLIB 标签下方 Components 框架内的 Mask 框中输入 TO-18* ，按回车键，可发现列表框内仅显示 TO-18 开头的元件，点击 TO-18 ，在工作区 中显示 TO-18 的图形，见图 8-46 所示。 图 8-46 指定元件 双击 1 号焊盘，打开该焊盘属性对话框，修改 Designator 栏内的 1 为 E，按 OK 按 钮。其余两个焊盘也如此编修， 将 2修改为 B，将3修改为 C。见图 8-47 所示。 图 8-47 编修元件焊盘号 同样， 二极管也存在这种情况， SCHLIB 库中二极管 DIOD

24、E 的引线端口号是 A、K ， PCBLIB.ddb 库中的 DIODE0.4 的引线端口号是 1、 2，所以也要编修。 13 8.7.4 手工创建新元件 所谓创建元件，实质上是设计一个符合电路板元件安装安装尺寸的元件图形。电路 板元件也叫电路板封装元件，对电路板封装元件的设计实际上就是绘制该元件的外形轮 廓和焊盘。 在创建了一 个 PCBLIB 元件库的同时，随之也就创建了一个缺省名为 PCBCOMPONENT_1 的 PCB 元件。 若要在一个已经存在的元件库再次创建一个元件，可在元件库编辑器界面中执行菜 单命令 Tools 中的下拉菜单 New Component 命令，弹出欢迎进入 P

25、CB 封装元件向导器消 息框，如图 8-48 所示。 图 8-48 欢迎进入 PCB 封装元件向导器 按 钮取消向导，同样创建了一个名为 PCBCOMPONENT_1 的新元件。 可到元件管理浏览器中的 Component 框架下搜寻到。 可是这个名称并不是想要的。因此，必须要进行元件更名，所更改的元件名字就是 电路图中某元件在调用该元件封装外形的名字，即 Print Foot 属性。 若要更名， 可执行菜单命令 Tools 中的下拉菜单 Rename Component 命令， 在弹出的 元件更名对话框输入所需要的元件封装名。 接着就可以绘制外形轮廓和焊盘了。需要注意的是，在绘制外形轮廓时，

26、一定要将 线条绘制在 Top Overlay 层上。 8.7.5 采用设计向导制作新元件 Protel99SE 提供了非常方便的 PCB 封装元件制作向导器， 可制作许多种类型的元件 封装。 当执行菜单命令 Tools 中的下拉菜单 New Component 命令，弹出欢迎进入 PCB 封装 元件向导器消息框后，按 钮，可进行选择相应类型的元件封装外形、尺寸、 14 焊盘等。 8.7.6 PCB 元件设计实例 下面以具体的实例制作介绍元件封装的手工绘制和向导制作。 在新元件库中制作封装元件， 首先制作一个与 9013 配套的塑料封装小功率三极管的 PCB 封装元件。 一、手工绘制封装元件 1

27、绘制三极管 1）执行菜单命令 ToolsRename Component., 弹出 Rename Component 输入框，将其 中的 PCBCOMPONENT_1 更改为 TO-92B ，按 OK 按钮。如图 8-49 所示。 图 8-49 元件更名对话框 2）放置焊盘（ Pad） （ 1）放置第一个焊盘： 点击 ，不要立即按左键固定， 而是按 Page Up或 Page Down 键实现放大或缩小至视觉范围后按下Tab 键，用于打开 Pad 属性对话框， 点击 Properties 标签，见图 8-23 所示，其中： X Size：焊盘宽度 ，这里输入 50mil ； YSize：焊盘高

28、度，这里输入 50mil ； Shape：焊盘风格，点击其下拉箭头可三中选一； Roud ：圆形，这里选之； Rectanglc ：方形； 如果是 DIP 系列集成电路，其 1 号端子所用的焊盘必须是方形，目的是用于对1 号 端子进行标识。 Octaguntl ：八角形； 此处选择 Round。 Designator ：焊盘编号，这里暂时设置为 1，以便于下面的一个命令要专门使用1 号 焊盘。待会儿才修改为三极管引线端子号E。 焊盘编号必须与 SCH 电路图用相应元件的引线端子号相同。 以三极管为例， 在制作 SCH 元件时，如果定义其三个引线端子号（ SCHLIB 引线端子属性对话框中的 N

29、umber 栏而不是 Name 栏）为 1、2、 3，则在制作 PCB 封装元件时此处也必须定义为 1、2、3； 如果定义其 三个引线端子号为 E、B、C，则在制作 PCB 封装元件时此处也必须定义为 E、 B、 C。 15 HoleSize ：焊盘孔径，这里使用缺省值 30mil ； Layer ：焊盘所在的层， 这里使用缺省层 MultilLayer ，为复合层； 以下选项一般不用去修改： Rotation ：旋转角度； X Location ： X 轴坐标； Y Location ： Y 轴坐标； Locked：是否锁定； Selection：是否选中； Testpoint：是否设为测试

30、点； 上述 Pad 所有属性设置完，按 OK 钮关闭该对话框，移动元件到适当处，再按左键 固定之。但光标上粘有下一个焊盘，暂时不用，可按右键取消。 3）设置第一个焊盘为坐标原点 其目的是让后面所放置的焊盘与第一个焊盘之间的相对位置、距离更明确。这一步 往往是必须的。 执行菜单命令 EditSet ReferencePin 1 实现。 将光标移至焊盘中心， 观察界面左下角 的状态栏所显示的坐标，可发现此时光标位置为X ： 0mil Y ：0mil ，为新的坐标原点。 如果 SCH 电路图上对应此三极管的引线端子号是E，则此时双击 1 号焊盘，将 Designator 修改为 E 。在刚刚放置该焊

31、盘时置 Designator 属性为 1 而不是直接设置为 E 的原因是：菜单命令 EditSet ReferencePin 1 只对“ 1”号端子有效，对其他如“ E”号端 子无效。 4）放置第二、三个焊盘 步骤同第一个焊盘，除必须将焊盘编号分别直接置为B、 C 外，在决定这两个焊盘 的位置时坐标显示的是与第一个焊盘的相对X、Y 位置值。 放置完成后的情况见图 8-50。 图中箭头和坐标值是后添加上去的。 5）放置线条（ Track ） 点击下方的层标签 （顶层丝印层） ，点击 ，先在绘图区适当的线条起点处 点击一下，按 Tab 键，用以打开线条属性对话框，设置好线条宽度（这里取10mil

32、），再 在三个焊盘周围按照图 8-51 绘制线条。图中箭头和 Track 字符是后添加上去的。 60mil ， 60mil 0mil ，0mil 120mil ，0mil Track 16 图 8-50 焊盘放置后的情形 图 8-51 线条放置后的情形 如果 Pad和Track 绘制的不满意，可删除之。其方法是：对欲删除的目标对象点击 一下，按 Delete 键。 6）保存 MyPCBLib.LIB 执行菜单命令 FileSave。至此， 一个 PCB 元件和 PCBLIB 元件库制作完成。 2添加电阻器 1/4W 普通金属膜电阻器的两个引线端子间距约为0.4 英寸，即 400mil ，这为设

33、置焊 盘距离提供了依据。 1）建立一个新元件 执行菜单命令 ToolsNew Component ，弹出元件向导的消息框。按 Cancel 按钮取消 向导，观察 Browse PCBLib 标签下产生了一个新元件 PCBCOMPONENT_1 。点击该新元 件字符使其处于选中状态，见图 8-52。 图 8-52 创建新元件 2）新元件更名 执行菜单命令 ToolsRename Component ，弹出元件更名对话，见图 8-49 所示。在元 件更名对话框中输入 AXIAL0.4 ，按 OK 钮。 3）绘制焊盘和线条 操作过程基本上同前述三极管，只不过引线端子号分别为 1 和 2，完成后的图形

34、如 图 8-53 所示。 3添加电解电容器 按照添加电阻器的 3 个步骤进行， 元件封装名称为 RB.2/.4 ，只是在绘制线条时除了 要用到 来绘制“”号外，还要用到圆 （Arc ），绘制圆的说明如下： 点击 ，点击绘图工具栏上的 ，按 Tab 键弹出 Arc （圆弧）属性对话框，只 需修改其 Width（圆弧线宽度） 为 10mil ，将光标移至两焊盘的中间位置 （ X：200mil ， Y： 0mil ），按左键确定圆心，再移动光标至适当的半径处（如 X：500mil，Y：0mil），按左键 17 确定半径。 完成后的电解电容器的 PCB 封装如图 8-54 所示。 最后别忘记要保存。 图 8-53 电阻的 PCB 封装 图 8-54 电解电容器的 PCB 封装 至此，已经创建了一个元件库， 并在其中建立了三极管、 电阻、电解电容器三