PCB相关设计基础

1、PCB相关设计基础9.1印刷电路基础印刷电路基础 9.1.1 9.1.1 印刷电路板的结构印刷电路板的结构 1.1.单面板单面板 一面有导电图形的一面有导电图形的电路板。电路板。 2.2.双面板双面板 指两面都有导电图指两面都有导电图形的电路板，也称双形的电路板，也称双层板。其两面的导电层板。其两面的导电图形之间的电气连接图形之间的电气连接通过过孔来完成。通过过孔来完成。3.3.多层板多层板 由交替的导电图形层及绝缘材料层叠压粘合而成的电路板。除电由交替的导电图形层及绝缘材料层叠压粘合而成的电路板。除电路板两个表面有导电图形外，内部还有一层或多层相互绝缘的导电路板两个表面有导电图形外，内部还有

2、一层或多层相互绝缘的导电层，各层之间通过金属化过孔实现电气连接。层，各层之间通过金属化过孔实现电气连接。 如：如：Benchmark 94.ddbBenchmark 94.ddb9.1.2 9.1.2 元件的封装（元件的封装（FootprintFootprint） 元件的封装由元件的投影轮廓、管脚对应的焊盘、元件标号和标注字元件的封装由元件的投影轮廓、管脚对应的焊盘、元件标号和标注字符等组成。符等组成。 a AXIAL0.4a AXIAL0.4（电阻类）（电阻类） b DIODE0.4b DIODE0.4（二极管类）（二极管类） c RAD0.4c RAD0.4（无极性电容类）（无极性电容类）

3、 d FUSEd FUSE（保险管）（保险管） e XATAL1e XATAL1（晶振类）（晶振类） f VR5f VR5（电位器类）（电位器类） g SIP8g SIP8（单列直插类）（单列直插类） + h RB.2/.4h RB.2/.4（极性电容类）（极性电容类） i DB9/Mi DB9/M（D D型连接器）型连接器） j TO-92Bj TO-92B（小功率三极管）（小功率三极管） 1.1.元件封装的分类元件封装的分类 针脚式元件封装和表面粘贴式元件封装。针脚式元件封装和表面粘贴式元件封装。 针脚式元件封装：元件的焊盘通孔贯通整个电路板针脚式元件封装：元件的焊盘通孔贯通整个电路板 。

4、k LCC16k LCC16（贴片元件类）（贴片元件类） l DIP16l DIP16（双列直插类）（双列直插类） m TO-220m TO-220（三极管类）（三极管类） 如电阻、电容、三极管、部分集成电路的封装。如电阻、电容、三极管、部分集成电路的封装。 表面粘贴式元件封装：焊接时元件与其焊盘在同一层。表面粘贴式元件封装：焊接时元件与其焊盘在同一层。 2.2.元件封装的编号元件封装的编号 元件封装的编号规则一般为元件类型元件封装的编号规则一般为元件类型+ +焊盘距离（或焊盘数）焊盘距离（或焊盘数）+ +元件元件外形尺寸。外形尺寸。 如如AXIAL0.4AXIAL0.4表示该元件封装为轴状，

5、两个管脚焊盘的间距为表示该元件封装为轴状，两个管脚焊盘的间距为0.40.4英寸。英寸。 RB.2/.4RB.2/.4表示极性电容类元件封装，两个管脚焊盘的间距为表示极性电容类元件封装，两个管脚焊盘的间距为0.20.2英寸英寸（200mil200mil），元件直径为），元件直径为0.40.4英寸英寸(400mil) (400mil) 。 DIP16DIP16表示双列直插式元件的封装，两列共表示双列直插式元件的封装，两列共1616个引脚。个引脚。9.1.3 9.1.3 焊盘（焊盘（PadPad）与过孔（）与过孔（ViaVia） 焊盘（焊盘（PadPad）的作用是用来放置焊锡、连接导线和焊接元件的管

6、脚。）的作用是用来放置焊锡、连接导线和焊接元件的管脚。 过孔（过孔（Via）:实现不同导电层之间的电气连接实现不同导电层之间的电气连接 圆形焊盘圆形焊盘 方形焊盘方形焊盘 八角形焊盘八角形焊盘 表面粘贴式焊盘表面粘贴式焊盘 泪滴状焊盘泪滴状焊盘顶层铜箔顶层铜箔底层铜箔底层铜箔中间沉铜中间沉铜9.1.4 9.1.4 铜膜导线（铜膜导线（TrackTrack）9.1.5 9.1.5 安全间距（安全间距（ClearanceClearance） 避免导线、过孔、焊盘及元件避免导线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造成相互干扰，间的距离过近而造成相互干扰，在他们之间留出一定的间距，称在他们之间留出一定的间

7、距，称为为安全间距。安全间距。9.1.6 PCB9.1.6 PCB设计流程设计流程 印刷电路板的设计的一般步骤如下：印刷电路板的设计的一般步骤如下： 1.1.绘制电路原理图绘制电路原理图 主要任务是绘制电路原理图，确保无错误后，生成网络表，用主要任务是绘制电路原理图，确保无错误后，生成网络表，用 于于PCBPCB设计时的自动布局和自动布线。设计时的自动布局和自动布线。2.2.规划电路板规划电路板 完成确定电路板的物理边界、电气边界、电路板的层数、各种元件的封装完成确定电路板的物理边界、电气边界、电路板的层数、各种元件的封装形式和布局要求等任务。形式和布局要求等任务。 3.设置参数设置参数 主要

8、是设置软件中电路板的工作层的参数、主要是设置软件中电路板的工作层的参数、PCB编辑器的工作参编辑器的工作参数、自动布局和布线参数等。数、自动布局和布线参数等。 4. 装入网络表及元件的封装形式装入网络表及元件的封装形式 将原理图中的电气连接关系和元件的封装形式，装入将原理图中的电气连接关系和元件的封装形式，装入PCBPCB编辑器。编辑器。 5.5.元件的布局元件的布局 在元件自动布局的基础上，进行手工调整，是元件的布局达到要求。在元件自动布局的基础上，进行手工调整，是元件的布局达到要求。6.6.自动布线自动布线 系统根据网络表中的连接关系和设置的布线规则进行自动布线。系统根据网络表中的连接关系

9、和设置的布线规则进行自动布线。只要元件的布局合理，布线参数设置得当，只要元件的布局合理，布线参数设置得当，Protel 99 SEProtel 99 SE的自动布的自动布线的布通率几乎是线的布通率几乎是100%100%。7.7.调整调整 自动布线成功后，用户可对不太合理的地方进行调整。如调整导自动布线成功后，用户可对不太合理的地方进行调整。如调整导线的走向、导线的粗细、标注字符和添加输入线的走向、导线的粗细、标注字符和添加输入/ /输出焊盘、螺丝孔等。输出焊盘、螺丝孔等。8.8.保存文件及输出保存文件及输出 9.2 PCB编辑器编辑器 9.2.1 PCB9.2.1 PCB编辑器的启动与退出编辑

10、器的启动与退出 1.1.启动启动PCBPCB编辑器编辑器（1 1）通过打开已存在的设计数据库）通过打开已存在的设计数据库 文件启动文件启动 单击单击双击双击（2 2）通过新建一个设计数据库文件进入）通过新建一个设计数据库文件进入 新建一个设计数据库文件，并打开新建一个设计数据库文件，并打开 在在DocumentsDocuments文件夹文件夹 下建立新文件下建立新文件选择选择PCB Document图标图标PCBPCB编辑器界面编辑器界面2.2.退出退出PCBPCB编辑器编辑器9.2.2 PCB9.2.2 PCB编辑器的画面管理编辑器的画面管理1.1.画面显示画面显示（1 1）画面的放大）画面

11、的放大 用鼠标左键单击主工具栏的用鼠标左键单击主工具栏的 按钮。按钮。或执行菜单命令或执行菜单命令View|Zoom inView|Zoom in。 或使用快捷键或使用快捷键Page UpPage Up键。键。（2 2）画面的缩小）画面的缩小 选选 择择 用鼠标左键单击主工具栏的用鼠标左键单击主工具栏的 按钮。按钮。 或执行菜单命令或执行菜单命令View|Zoom outView|Zoom out。或使用快捷键或使用快捷键Page DownPage Down键。键。（3 3）对选定区域放大）对选定区域放大 区域放大：区域放大： View|AreaView|Area或用鼠标单击主工具栏的或用鼠标

12、单击主工具栏的 图标图标 中心区域放大：中心区域放大： View|Around Point View|Around Point （4 4）显示整个电路板）显示整个电路板/ /整个图形文件整个图形文件 显示整个电路板：显示整个电路板：View|Fit BoardView|Fit Board 显示整个图形文件：显示整个图形文件：View|Fit DocumentView|Fit Document或单击图标或单击图标 采用上次显示比例显示采用上次显示比例显示 View|Zoom LastView|Zoom Last 画面刷新画面刷新 View|RefreshView|Refresh或使用快捷键或使用

13、快捷键ENDEND键键 显示整个电路板显示整个电路板 显示整个图形文件显示整个图形文件2.2.窗口管理窗口管理 执行菜单命令执行菜单命令 View|ToolbarsView|Toolbars，下一级菜单命令如右图下一级菜单命令如右图 9.3 电路板的工作层电路板的工作层 工作层的类型工作层的类型 在在PCBPCB编辑器中，执行菜单命令编辑器中，执行菜单命令Design|OptionDesign|Option，系统将弹出，系统将弹出Document OptionsDocument Options对话框：对话框： 在这个对话框中，系统列出了电路板中的各工作层。在这个对话框中，系统列出了电路板中的各

14、工作层。 1 1 Signal layer(Signal layer(信号层信号层) ) 信号层主要用于布置电路板上的导线。信号层主要用于布置电路板上的导线。Protel 99 SE提供了提供了32个信号个信号层，包括层，包括Top layer（顶层）、（顶层）、Bottom layer（底层）和（底层）和30个个MidLayer（中间层）。（中间层）。 2 Internal plane layer2 Internal plane layer（内部电源（内部电源/ /接地层）接地层） Protel 99 SEProtel 99 SE提供了提供了1616个内部电源层个内部电源层/ /接地层。该类

15、型的层仅用于接地层。该类型的层仅用于多层板，主要用于布置电源线和接地线。我们称双层板、四层板、六多层板，主要用于布置电源线和接地线。我们称双层板、四层板、六层板，一般指信号层和内部电源层板，一般指信号层和内部电源/ /接地层的数目。接地层的数目。 3 3 Mechanical layer（机械层（机械层） Protel 99 SEProtel 99 SE提供了提供了1616个机械层，它一般用于设置电路板的外形尺寸、个机械层，它一般用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其它的机械信息。这些信息因设计公司或数据标记、对齐标记、装配说明以及其它的机械信息。这些信息因设计公司或PC

16、BPCB制造厂家的要求而有所不同。执行菜单命令制造厂家的要求而有所不同。执行菜单命令Design|Mechanical LayerDesign|Mechanical Layer能能为电路板设置更多的机械层。另外，机械层可以附加在其它层上一起输为电路板设置更多的机械层。另外，机械层可以附加在其它层上一起输出显示。出显示。 4 Solder mask layer（阻焊层）（阻焊层） 在焊盘以外的各部位涂覆一层涂料，如防焊漆，用于阻止这些部位上锡。在焊盘以外的各部位涂覆一层涂料，如防焊漆，用于阻止这些部位上锡。阻焊层用于在设计过程中匹配焊盘，是自动产生的。阻焊层用于在设计过程中匹配焊盘，是自动产生的

17、。Protel 99 SE提供了提供了Top Solder（顶层）和（顶层）和Bottom Solder（底层）两个阻焊层。（底层）两个阻焊层。 5 Paste mask layer（锡膏防护层）（锡膏防护层） 它和阻焊层的作用相似，不同的是在机器焊接时对应的表面粘贴式它和阻焊层的作用相似，不同的是在机器焊接时对应的表面粘贴式元件的焊盘。元件的焊盘。Protel 99 SE提供了提供了Top Paste（顶层）和（顶层）和Bottom Paste（底层）两个锡膏防护层。（底层）两个锡膏防护层。 6 Keep out layer（禁止布线层）（禁止布线层） 用于定义在电路板上能够有效放置元件和布

18、线的区域。在该层绘用于定义在电路板上能够有效放置元件和布线的区域。在该层绘制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布线的。线的。7 Silkscreen layer（丝印层）（丝印层） 丝印层主要用于放置印制信息，如元件的轮廓和标注、各种注释字符等。丝印层主要用于放置印制信息，如元件的轮廓和标注、各种注释字符等。Protel 99 SE提供了提供了Top Overlay和和Bottom Overlay两个丝印层。一般，两个丝印层。一般，各种标注字符都在顶层丝印层，底层丝印层可关闭。各种标注字符都在顶层丝印层，底层丝印层可

19、关闭。8 Multi layer（多层）（多层） 电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形层建电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层，多层。一般，焊盘立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层，多层。一般，焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。 9 Drill layer（钻孔层）（钻孔层） 钻孔层提供电路板制造过程中的钻孔信息（如焊盘、过孔就需钻孔层提供电路板制造过程中的钻孔信息（如焊盘、过孔就需要钻孔）。要

20、钻孔）。Protel 99 SE提供了提供了Drill gride（钻孔指示图）和（钻孔指示图）和Drill drawing（钻孔图）两个钻孔层。（钻孔图）两个钻孔层。 多层板多层板顶层顶层Top Layer（信号层）（信号层）底层底层Bottom Layer（信号层）（信号层）中间层中间层MidLayer 1（信号层）（信号层）中间层中间层MidLayer 14（信号层）（信号层）Mechanical 1（机械层）（机械层）Mechanical 4（机械层）（机械层）顶层丝印层顶层丝印层TopOverlay底层丝印层底层丝印层BottomOverlay9.3.2 9.3.2 工作层的设置工作

21、层的设置 Protel 99 SEProtel 99 SE允许用户自行定义信号层、内部电源层允许用户自行定义信号层、内部电源层/ /接地层和接地层和机械层的显示数目。机械层的显示数目。1.1.设置设置Signal layerSignal layer和和Internal plane layerInternal plane layer 执行菜单命令执行菜单命令Design|Layer Stack ManagerDesign|Layer Stack Manager，系统弹出，系统弹出Layer Stack Layer Stack ManagerManager（工作层堆栈管理器）对话框。（工作层堆栈管

22、理器）对话框。 （1 1）添加层的操作）添加层的操作 选取选取TopLayerTopLayer，用鼠标单击对话框右上角的，用鼠标单击对话框右上角的Add LayerAdd Layer（添加层）按钮，（添加层）按钮，就可在顶层之下添加一个信号层的中间层（就可在顶层之下添加一个信号层的中间层（MidLayerMidLayer），如此重复操作可添），如此重复操作可添加加3030个中间层。单击个中间层。单击Add PlaneAdd Plane按钮，可添加一个内部电源按钮，可添加一个内部电源/ /接地层，如此重接地层，如此重复操作可添加复操作可添加1616个内部电源个内部电源/ /接地层。接地层。 （2

23、 2）删除层的操作）删除层的操作 先选取要删除的中间层或内部电源先选取要删除的中间层或内部电源/ /接地层，单击接地层，单击DeleteDelete按钮，按钮，在确认之后，可删除该工作层。在确认之后，可删除该工作层。（3 3）层的移动操作）层的移动操作 先选取要移动的层，单击先选取要移动的层，单击Move UpMove Up（向上移动）或（向上移动）或Move DownMove Down（向下移（向下移动）按钮，可改变各工作层间的上下关系。动）按钮，可改变各工作层间的上下关系。（4 4）层的编辑操作）层的编辑操作 先选取要编辑的层，单击先选取要编辑的层，单击PropertiesProperti

24、es（属性）按钮，弹（属性）按钮，弹出出Edit LayerEdit Layer（工作层编辑）（工作层编辑）对话框，可设置该层的对话框，可设置该层的Name Name （名称）和（名称）和 Copper thickness Copper thickness （覆铜厚度）。（覆铜厚度）。2.2.设置设置Mechanical Mechanical layerlayer 执行菜单命令执行菜单命令Desigen|Desigen|Mechanical LayerMechanical Layer，系统，系统弹出弹出Setup Mechanical Setup Mechanical Layers (Laye

25、rs (机械层设置机械层设置) )对话对话框，其中已经列出框，其中已经列出1616个机个机械层。单击某复选框，可械层。单击某复选框，可打开相应的机械层，并可打开相应的机械层，并可设置层的名称、是否可见、设置层的名称、是否可见、是否在单层显示时放到各是否在单层显示时放到各层等参数。层等参数。 9.3.3 9.3.3 工作层的打开与关闭工作层的打开与关闭 1.1.工作层的打开与关闭工作层的打开与关闭 执行菜单命令执行菜单命令Design|OptionsDesign|Options，在系，在系统弹出的统弹出的Document Document OptionsOptions对话框中，单击对话框中，单击

26、LayerLayer选项卡，相应工作选项卡，相应工作层前的复选框被选中层前的复选框被选中（），则表明该层被），则表明该层被打开，否则该层处于关打开，否则该层处于关闭状态。闭状态。 2.2.栅格和计量单位设置栅格和计量单位设置 单击单击Document OptionsDocument Options对话框中的对话框中的OptionsOptions选项卡，打开如图所示的对选项卡，打开如图所示的对话框。话框。 （1 1）捕获（锁定）栅格的设置）捕获（锁定）栅格的设置 使用使用Snap X和和 Snap Y两个下拉框。两个下拉框。（2）元件栅格的设置）元件栅格的设置 用于设置元件移动的间距。使用用于设

27、置元件移动的间距。使用Component X和和 Component Y两两个下拉框个下拉框 。（3）电气栅格范围）电气栅格范围 电气栅格主要是为了支持电气栅格主要是为了支持PCB的布线功能而设置的特殊栅格。当任何导的布线功能而设置的特殊栅格。当任何导电对象（如导线、过孔、元件等）没有定位在捕获栅格上时，就该启动电电对象（如导线、过孔、元件等）没有定位在捕获栅格上时，就该启动电气栅格功能。只要将某个导电对象移到另外一个导电对象的电气栅格范围气栅格功能。只要将某个导电对象移到另外一个导电对象的电气栅格范围内，就会自动连接在一起。选中内，就会自动连接在一起。选中Electrical Grid复选框

28、表示启动电气栅格复选框表示启动电气栅格的功能。的功能。Range（范围）用于设置电气栅格的间距。（范围）用于设置电气栅格的间距。（4）可视栅格（）可视栅格（Visible Kind）的类型）的类型 Protel 99 SEProtel 99 SE提供提供DotsDots（点状）和（点状）和LinesLines（线状）两种显示类型。（线状）两种显示类型。 （5）计量单位的设置）计量单位的设置 Protel 99 SE提供提供Metric（公制）和（公制）和Imperial (英制英制)两种计量单位，系两种计量单位，系统默认为英制。统默认为英制。 英制的默认单位为英制的默认单位为mil（毫英寸）；

29、（毫英寸）； 公制的默认单位为公制的默认单位为mm（毫米）；（毫米）； 1mil=0.0254mm 。 9.5 PCB中的定位中的定位 使用使用PCB MiniViewerPCB MiniViewer定位定位 在在PCBPCB管理器中的管理器中的Browse PCBBrowse PCB选项卡的选项卡的下方，有一个很小的视窗可以显示整个下方，有一个很小的视窗可以显示整个PCBPCB图。利用该视窗可以方便的浏览图。利用该视窗可以方便的浏览PCBPCB图，并图，并在工作区快速定位。在工作区快速定位。 视窗的整个矩形代表整个视窗的整个矩形代表整个PCB工作工作窗口，图中的虚线框代表当前的工作窗口，图中

30、的虚线框代表当前的工作窗口画面。拖动顶点可改变虚线框的窗口画面。拖动顶点可改变虚线框的大小，同时，工作窗口的画面被缩放，大小，同时，工作窗口的画面被缩放，虚线框越小，画面放大比例越大，图虚线框越小，画面放大比例越大，图越清晰。越清晰。 拖动整个虚线框移动，可拖动整个虚线框移动，可以在整个工作窗口中快速浏以在整个工作窗口中快速浏览和定位图纸。览和定位图纸。 9.5.2 手动移动图纸手动移动图纸 在工作窗口按住鼠标右健并拖动。在工作窗口按住鼠标右健并拖动。9.5.3 跳转到指定位置跳转到指定位置 主要介绍使用菜单命令主要介绍使用菜单命令Edit|Jump时各子菜单的功能。时各子菜单的功能。Abso

31、lute Origin：跳转到绝对原点：跳转到绝对原点Current Origin：跳转到相对原点：跳转到相对原点 New Location：跳转到指定坐标位置：跳转到指定坐标位置 Component：跳转到指定的元件：跳转到指定的元件 Net：跳转到指定网络：跳转到指定网络 Pad：跳转到指定焊盘：跳转到指定焊盘 String：跳转到指定字符串：跳转到指定字符串 Error Marker：跳转到错误标志处：跳转到错误标志处 Selection：跳转到选取的对象处：跳转到选取的对象处 9.5.4 PCB管理器中管理器中Browse PCB 选项卡的功选项卡的功能能1.浏览元件（浏览元件（Browse Components） （1）对元件的编辑管理对元件的编辑管理 Edit按钮按钮 ：编辑选中元件的有关参数：编辑选中元件的有关参数 Select按钮：在元件列表框选中元件，单击按钮：在元件列表框选中元件，单击Select按钮，则电路板中该元件被选中，成高按钮，则电路板中该元件被选中，成高亮显示。亮显示。 JumpJump按钮：在元件列表框中选择元件，单击按钮：在元件列表框中选择元件，单击JumpJump按钮，则该元件在工作窗口被放大