技术pcb板图设计实用教案

1、1第1页/共105页第一页，共106页。2第2页/共105页第二页，共106页。3第3页/共105页第三页，共106页。4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(shyng)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。第4页/共105页第四页，共106页。5长

2、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(zhxng)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）。第5页/共105页第五页，共106页。61.Protel 99 SE提供(tgng)了：信号层（Signal layers）内部电源/接地层（Internal plane layers）机械层（Mechani

3、cal 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(gngzu)层 第6页/共105页第六页，共106页。71）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(nib)电源/接地层（Internal plane layers） 内部(nib)电源/接地层主要用来放置电

4、源线和地线。物理层第7页/共105页第七页，共106页。83）机械(jxi)层（Mechanical layers） 机械(jxi)层一般用于放置有关制板和装配方法的信息。 机械(jxi)层1一般用于画板子的边框；机械(jxi)层3一般用于画板子上的挡条等机械(jxi)结构件；机械(jxi)层4一般用于画标尺和注释等。 绘图(hu t)层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(shj)过程中匹配焊盘，并且是自动产生的 5）锡膏防护层（Paste mask layers）

5、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。 第8页/共105页第八页，共106页。96）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(qt)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(qy)的。 9）多层（Multi layers

6、）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。 第9页/共105页第九页，共106页。1010）DRC错误层（DRC Errors）用于显示违反设计规则(guz)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。第10页/共105页第十页，共106页。112 设置设置(shzh)工作层面工作层面设置(shzh)方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】第11页/共105页第十一页，共106页。12进入【OptionOption】选项卡，结果(ji g

7、u)(ji gu)如图5-85-8所示。在该选项卡中可对【GridGrid】（栅格）、【Electrical Electrical GridGrid】（电气栅格）、【MeasurementMeasurement】（计量单位）等选项进行设定。 第12页/共105页第十二页，共106页。131)设置信号层和内部设置信号层和内部(nib)电源电源/接地层接地层执行菜单(ci dn)(ci dn)命令【DesignDesign】/ /【Layer Layer Stack ManagerStack Manager】第13页/共105页第十三页，共106页。142)设置设置(shzh)Mechanical

8、 layers执行(zhxng)菜单命令【Design】/【Mechanical Layers】，第14页/共105页第十四页，共106页。15第15页/共105页第十五页，共106页。165.1.3 PCB基本(jbn)元素 第16页/共105页第十六页，共106页。171 1 元件元件(yunjin)(yunjin)封装封装第17页/共105页第十七页，共106页。18第18页/共105页第十八页，共106页。19针脚针脚( (zh hn jiao)ao)式元件式元件第19页/共105页第十九页，共106页。20第20页/共105页第二十页，共106页。21表面表面(b(biomomin)

9、 )贴装式元件贴装式元件第21页/共105页第二十一页，共106页。22第22页/共105页第二十二页，共106页。23封装图结构封装图结构( (jigu)u) 不管是针脚式元件还是表面贴装式元件，其结构不管是针脚式元件还是表面贴装式元件，其结构( (jigu)u)如下如下图所示，可以分为元件图、焊盘、元件属性图所示，可以分为元件图、焊盘、元件属性33个部分，说明如个部分，说明如下：下：第23页/共105页第二十三页，共106页。24元件名称元件名称 在实际应用中电阻、电容的名称分别是在实际应用中电阻、电容的名称分别是AXI IALL和和RAD D，对于，对于( (du uy) )具体的对应具

10、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。格的限制。 直插元件有双排的和单排的之分，双排的被称为直插元件有双排的和单排的之分，双排的被称为DIDIP，单排的被称为，单排的被称为SI IP。 表面贴装元件的名称是表面贴装元件的名称是SMDMD，贴装元件又有宽窄之分：窄的代号是，贴装元件又有宽窄之分：窄的代号是A，宽的代号是，宽的代号是B。第24页/共105页第二十四页，共106页。252 2 铜膜线铜膜线简称导线(doxin)，是敷铜经腐蚀后形成的用于连接各个焊点的导线(d

11、oxin)。印刷电路板的设计都是围绕如何布置导线(doxin)来完成的。第25页/共105页第二十五页，共106页。26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(shn chn)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。第26页/共105页第二十六页，共106页。273 焊

12、盘（Pad）作用是放置(fngzh)、连接导线（自由焊盘）和元件引脚。第27页/共105页第二十七页，共106页。28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(dn cn)一直打到底层的过孔。半盲孔（Blind）：从顶层(dn cn)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(dn cn)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(bin ho)或其他文本信息。第28页/共105页第二十八页，共106页。295 字符(z f)丝印（Via）

13、主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他(qt)文本信息。第29页/共105页第二十九页，共106页。306 敷铜（多边形填充(tinchng)）印制线路板上的大面积敷铜常用(chn yn)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。 第30页/共105页第三十页，共106页。31 印制电路板的设计(shj)步骤 第31页/共105页第三十一页，共106页。321 新建PCB文件2 文件管理(gunl)3 工具条、状态栏、命令栏的显示和隐藏4 PCB设计系统管理(gunl)5 层管理(gunl)（打开 关闭 当前

14、层）6 图纸平移第32页/共105页第三十二页，共106页。33绘制(huzh)第一张原理图对应的PCB第33页/共105页第三十三页，共106页。345.4 1 设计(shj)参数设置菜单(ci dn)命令【Design】/【Option】第34页/共105页第三十四页，共106页。35第35页/共105页第三十五页，共106页。36第36页/共105页第三十六页，共106页。375.4 2 系统(xtng)参数设置菜单(ci dn)命令【Tools】/【prefernces】第37页/共105页第三十七页，共106页。38根据电路的规模以及公司或制造商的要求(yoqi)，具体确定所需制作电

15、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(yoqi)的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。Keep Out LayerMechanical layers第38页/共105页第三十八页，共106页。39第39页/共105页第三十九页，共106页。40第40页/共105页第四十页，共106页。41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(guchng)，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(guchng)。 第41页/共105页第四十一页，共106页。42一、利用设计同步器装入网络(w

16、nglu)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。第42页/共105页第四十二页，共106页。43第43页/共105页第四十三页，共106页。44第44页/共105页第四十四页，共106页。45第45页/共105页第四十五页，共106页。46第46页/共105页第四十六页，共106页。47第47页/共105页第四十七页，共106页。48二、利用原理图生成的网络(wnglu)表文件装入网络(wnglu)表和元件。生成网络(wnglu)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】/【

17、Create Netlist】，可以看到随后会出现网络(wnglu)表文件“*.net”。在利用网络(wnglu)表文件装入网络(wnglu)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(wnglu)表的对话框。 第48页/共105页第四十八页，共106页。49第49页/共105页第四十九页，共106页。50第50页/共105页第五十页，共106页。51第51页/共105页第五十一页，共106页。52第52页/共105页第五十二页，共106页。53第53页/共105页第五十三页，共106页。545.7.1 元件的自动布局P

18、rotel 99 SE提供了强大的元件自动布局的功能(gngnng)，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。 第54页/共105页第五十四页，共106页。55 对话框中选项的定义如下(rxi)。 【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。 第55页/共105页第五十五页，共106页。56第56

19、页/共105页第五十六页，共106页。57 【Group Components】：该选项的功能是将当前网络中连接密切的元件(yunjin)归为一组。排列时该组的元件(yunjin)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(yunjin)或元件(yunjin)组旋转方向。若未选中该选项则元件(yunjin)将按原始位置放置。默认状态为选中。第57页/共105页第五十七页，共106页。58 【Power Nets】：电源网络(wnglu)名称。这里将网络(wnglu)设定为“VCC”。 【Ground Nets】：接地

20、网络(wnglu)名称。这里将接地网络(wnglu)设定为“GND”。 【Grid Size】：设置元件自动布局时格点的间距大小。 第58页/共105页第五十八页，共106页。59第59页/共105页第五十九页，共106页。60元件(yunjin)的布局要考虑以下几个方面的问题。（1）元件(yunjin)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(yunjin)的布局要根据不同元件(yunjin)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(yunjin)的安装位置等。第60页/共1

21、05页第六十页，共106页。61第61页/共105页第六十一页，共106页。62第62页/共105页第六十二页，共106页。63 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(gnj)(gnj)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。第63页/共105页第六十三页，共106页。64它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持(boch)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0.2-0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm，假如能征得他们同意你就

22、能设成此值。0.1mm 以下是绝对禁止的。1、安全(nqun)间距(Clearance Constraint) 第64页/共105页第六十四页，共106页。65第65页/共105页第六十五页，共106页。66 设置使用的走线层和每层的主要(zhyo)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(fngxing)（Routing Layers） 第66页/共105页第六十六页，共106页。67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(shu xun)值，其中首选(shu xun)值是最重要的。 3

23、、过孔形状(xngzhun)（Routing Via Style） 第67页/共105页第六十七页，共106页。68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0.2-0.6mm，另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置(shzh)，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-Netlist 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

24、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） 第68页/共105页第六十八页，共106页。69第69页/共105页第六十九页，共106页。70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 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(gnj)需要设置。5、敷铜连接形状(xngzhun)的设

25、置（Manufacturing标签的Polygon Connect Style） 第70页/共105页第七十页，共106页。71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(qt)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，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

26、脚晶振下方所在布线层，要上锡的在Top 或Bottom Solder 相应处放FILL。 第71页/共105页第七十一页，共106页。72自动布线器的参数设定(sh dn)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(zdng)布线器的参数设定第72页/共105页第七十二页，共106页。73第73页/共105页第七十三页，共106页。74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(ciyng)内存模式的布线策略。 【Fan Out

27、Used SMD Pins】复选框：适用于SMD焊盘，采用(ciyng)这种布线方案，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 。第74页/共105页第七十四页，共106页。75【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(chxio)发生间距冲突的走线，并重新布线以消除间距冲突。 第75页/共105页第七十五页，共106页。76 2）Manufacturin

28、g 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( jnxng)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( jnxng)整理。第76页/共105页第七十六页，共106页。77【Evenly Space Tracks】复选框：在焊盘之间均匀( jnyn)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。第77页/共105页第七十七页，共106页。78 3）Pre-Routes

29、区域 该区域用于设置对预布线(b xin)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(b xin)。 4Routing Grid设置布线(b xin)栅格大小，这里将栅格值设置为“20mil”。第78页/共105页第七十八页，共106页。79 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VIEW3D 功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map 查看(chkn)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

30、，直到变成黄色或绿色。 2手工(shugng)调整第79页/共105页第七十九页，共106页。80自动布线器的参数设定(sh dn)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(cnsh)设定第80页/共105页第八十页，共106页。81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(zhxng)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。 第81页/共105页第八十一

31、页，共106页。82第82页/共105页第八十二页，共106页。83设计规则的检测可以分为两种结果：一种是报表（Report）输出(shch)，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。 第83页/共105页第八十三页，共106页。84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(yxi)参数了。 第84页/共105页第八十四页，

32、共106页。85 5.12.1 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(shj)日期等。 第85页/共105页第八十五页，共106页。86第86页/共105页第八十六页，共106页。87【1 By Ascending X Then Ascending】：选择该项时，从左下脚由下至上进行( jnxng)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( jnxng)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( jnxng)重新编号和标注。第

33、87页/共105页第八十七页，共106页。88【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(zshn)的坐标值决定元件的编号和标注值。第88页/共105页第八十八页，共106页。89 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(fngzh)定位孔第89页/共105页第八十九页，共106页。90创建三维视图的方法可以执行(zhxng)菜单命令【View】

34、/【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。 第90页/共105页第九十页，共106页。91第91页/共105页第九十一页，共106页。92第92页/共105页第九十二页，共106页。93创建三维视图(sht)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(sht)出来，并且在当前的窗口中打开，如图5-71所示。 第93页/共105页第九十三页，共106页。94敷铜的应用(yngyng)(yngyng) 具体的实现方法可

35、以执行菜单命令(mng lng)【Place】/【Polygon Plane】，即可出现如图所示的对话框。第94页/共105页第九十四页，共106页。95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(linji)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(linji)到指定网络的敷铜。第95

36、页/共105页第九十五页，共106页。96 【Placlace Setttting】：本区域用于设定敷铜的栅】：本区域用于设定敷铜的栅格间距与所在板层，其中包括格间距与所在板层，其中包括33个栏及一个选项，个栏及一个选项，说明如下。说明如下。 【Gr rid Size】：本栏用于设定敷铜的栅格间】：本栏用于设定敷铜的栅格间距。距。 【Tracrack Widthth】：本栏用于设定敷铜的线】：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。空白处将会敷满铜。 【LaLayer r】：本栏用于设定敷铜的板层。】：本栏用

37、于设定敷铜的板层。 【LocLockPr rim mit tiv ves s】：本选项用于设定该敷铜】：本选项用于设定该敷铜为整体的敷铜还是一般为整体的敷铜还是一般( (yb bn) )的走线，通常都要选的走线，通常都要选择本选项。择本选项。第96页/共105页第九十六页，共106页。97 【Hatchatching St tyl le】：本区域用于设定该敷铜的】：本区域用于设定该敷铜的类型，其中类型，其中( (qzh hng) )包括包括5种敷铜的类型，说明如种敷铜的类型，说明如下。下。 【90-D Degr ree Hatchatch】：本选项设定进行】：本选项设定进行90线的敷铜。线的敷铜。 【445-D Degr ree Hatchatch】：本选项设定进行】：本选项设定进行445线的敷铜。线的敷铜。 【Vertrtical cal Hatchatch】：本选项设定进行垂直】：本选项设定进行垂直敷铜。敷铜。 【Hororizo ontal tal Hatchatch】：本选项设定进行水】：本选项设定进行水平敷铜。平敷铜。 【No No Hatchatching】：本选项设定进行透空的】：本选项设定进行透空的敷铜。敷铜。第97页/