EDA技术PPT(5)

1、第二部分印制电路板设计技术l印制印制电电路板（路板（PCB）基本知）基本知识识lPCB设计设计工具工具Protel及其及其应应用用一、一、 印制电路板基本知识印制电路板基本知识 印制电路板，简称印制电路板，简称PCB (Printed Circuit Board)，是通，是通过一定的制作工艺，在过一定的制作工艺，在绝缘度绝缘度非常高的基材上非常高的基材上覆盖上一层导覆盖上一层导电性能良好的电性能良好的铜薄膜铜薄膜构成覆铜构成覆铜板，然后根据具体的板，然后根据具体的PCB图的图的要求，在覆铜板上要求，在覆铜板上蚀刻蚀刻出出PCB图上的导线，并钻出印制板安图上的导线，并钻出印制板安装装定位孔定位孔

2、以及以及焊盘焊盘和和过孔过孔。在。在双面板和多层板中，还需要对双面板和多层板中，还需要对焊盘和过孔做焊盘和过孔做金属化处理金属化处理，即，即在焊盘和过孔的内孔周围作在焊盘和过孔的内孔周围作沉沉铜处理铜处理，以实现焊盘和过孔在，以实现焊盘和过孔在不同层之间的电气连接。不同层之间的电气连接。1. 什么是印制电路板？什么是印制电路板？电脑的主板电脑的主板电脑的主板电脑的主板笔记本电脑的主板笔记本电脑的主板2. PCB的功能？的功能？l 为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑。为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑。l 提供电路的电气连接。提供电路的电气连接。l 用标记符号将板上所安装的各个元器件标注

3、用标记符号将板上所安装的各个元器件标注出来，便于插装、检查及调试。出来，便于插装、检查及调试。3. PCB的分类的分类 按照在一块板上导电图形的层数，印制电路板可分为以下按照在一块板上导电图形的层数，印制电路板可分为以下3 3类。类。 （1 1）单面板）单面板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面布线，其特点是成本低，但仅适用于比较简单的电路设计。一面布线，其特点是成本低，但仅适用于比较简单的电路设计。 单面板单面板（2 2）双面板）双面板 双面板包括顶层双面板包括顶层(Top Layer)和底层和底层 (Bottom L

4、ayer)两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。由均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。由于两面均可以布线，对比较复杂的电路，其布于两面均可以布线，对比较复杂的电路，其布线的布通率比单面板的高，所以它是目前采用线的布通率比单面板的高，所以它是目前采用最广泛的电路板结构。最广泛的电路板结构。双面板双面板双面板双面板（3）多层板）多层板 多层板一般指多层板一般指3 3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越

5、来越高，接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。了难度，同时制作成本也很高。SMD表面贴装表面贴装器件器件(Surface Mounted Devices) 多层板多层板4. PCB板基本组成板基本组成 （相关的名词术语）（相关的名词术语）（1）焊盘（）焊盘（ Pad） 焊盘焊盘 (Pad）的作用是放置焊锡、连接导线和元件的引脚。）的作用是放置焊锡、连接导线和元件的引脚。Protel99SE在在封装库中

6、给出了一系列不同形状和大小的焊盘，如圆形、方形、八角形等。封装库中给出了一系列不同形状和大小的焊盘，如圆形、方形、八角形等。根据元件封装的类型。根据元件封装的类型。 焊盘分为针脚式和表面贴装式两种焊盘分为针脚式和表面贴装式两种，其中针脚式焊盘必须钻孔，而表面，其中针脚式焊盘必须钻孔，而表面贴装式无需钻孔。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布贴装式无需钻孔。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。（常见焊盘的形状与尺寸）（常见焊盘的形状与尺寸） （2）过孔）过孔 （Via） 对于双层板和多层板

7、，各信号层之间是绝缘的，需在各信号对于双层板和多层板，各信号层之间是绝缘的，需在各信号层有连接关系的导线的交汇处钻一个孔，并在钻孔后的基材壁上层有连接关系的导线的交汇处钻一个孔，并在钻孔后的基材壁上淀积金属淀积金属 (也称电镀或金属孔化），以也称电镀或金属孔化），以实现不同导电层之间的电实现不同导电层之间的电气连接气连接，这种孔称为过孔，这种孔称为过孔 （Via）。）。 过孔有三种，分别是从顶层贯通到底层的过孔有三种，分别是从顶层贯通到底层的穿透式过孔穿透式过孔、从顶、从顶层通到内层或从内层通到底层的层通到内层或从内层通到底层的盲过孔盲过孔及内层间的及内层间的隐蔽过孔隐蔽过孔。过过孔的内径孔的

8、内径 （通孔直径（通孔直径 Hole size )与与外径尺寸外径尺寸 (过孔直径过孔直径 Diameter）一般小于焊盘的内外径尺寸。一般小于焊盘的内外径尺寸。（过孔的尺寸与类型）（过孔的尺寸与类型）六层板的过孔剖面图六层板的过孔剖面图（3）铜模导线）铜模导线 （Track） 印制电路板上，在焊盘与焊盘之间起电气连接作用的是铜印制电路板上，在焊盘与焊盘之间起电气连接作用的是铜膜导线，简称导线膜导线，简称导线 (Track），是印制电路板最重要的部分。它），是印制电路板最重要的部分。它也可以通过过孔把一个导电层和另一个导电层连接起来。印制也可以通过过孔把一个导电层和另一个导电层连接起来。印制电

9、路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。（4 4）飞线）飞线 在在PCB设计过程中，还有一种与导线有关的线，常称为飞线或设计过程中，还有一种与导线有关的线，常称为飞线或预拉线。飞线是在引入预拉线。飞线是在引入网络表网络表后，后，系统根据规则生成系统根据规则生成的，用来指引的，用来指引系统自动布线的一种连线。系统自动布线的一种连线。飞线与铜膜导线有本质的区别：飞线与铜膜导线有本质的区别：飞线只是一种形式上的连线飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。铜

10、膜导线铜膜导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路具有电气连接意义的连接线路。 （5）网络（）网络（Net） 从一个元件的某个引脚上到其他引脚上的从一个元件的某个引脚上到其他引脚上的电气连接关系电气连接关系称称作为网络作为网络 (Net)。每一个网络均有唯一的网络名称，可人为添加。每一个网络均有唯一的网络名称，可人为添加的或系统自动生成的，系统自动生成的网络名由该网络内两个的或系统自动生成的，系统自动生成的网络名由该网络内两个连接点的引脚名称组成。连接点的引脚名称组成。 （7）安全间距）安全间距 进行印制电路板设

11、计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元进行印制电路板设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造成相互干扰就必须在它们之间留出一定的件间的距离过近而造成相互干扰就必须在它们之间留出一定的间距，这个间距就称为安全间距间距，这个间距就称为安全间距 (Clearance)。 （6）网络表（）网络表（Netlist ） 网络表描述电路中元器件特征和电气连接关系，一般从电路网络表描述电路中元器件特征和电气连接关系，一般从电路原理图中获取，它是电路原理图设计和原理图中获取，它是电路原理图设计和PCBPCB设计之间的桥梁。设计之间的桥梁。（安全间距示意图（安全间距示意图） 各类膜各类膜(Mask)不仅

12、是不仅是PCB制作工艺过程中必不制作工艺过程中必不可少的，而且更是元器件焊装的必要条件。按可少的，而且更是元器件焊装的必要条件。按“膜膜”所处的位置及其作用，所处的位置及其作用， “膜膜”可分为可分为元器件面元器件面(或焊或焊接面接面)助焊膜助焊膜(Top or Bottom Solder)和和元器件面元器件面(或焊或焊接面接面)阻焊膜阻焊膜(Top or Bottom Paste Mask)两类。两类。l 助焊膜助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。l 阻焊膜阻焊膜的情况正好相

13、反，为了使制成的板子适应的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能焊锡，因此在焊盘以外的各部分都要涂覆一层涂料，焊锡，因此在焊盘以外的各部分都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡用于阻止这些部位上锡（8）助焊膜和阻焊膜）助焊膜和阻焊膜（9）丝印层）丝印层 为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元器件标号和参数、所需要的标志图案和文字代号等，例如元器件标号和参数、元器件轮廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就称为丝印元器件

14、轮廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就称为丝印层层(Silkscreen TopBottom Overlay)。 注意：注意：初学者设计丝初学者设计丝印层的有关内容时，印层的有关内容时，经常只注意文字符号经常只注意文字符号放置得放置得整齐整齐美观，而美观，而忽略了实际制出的忽略了实际制出的PCB效果。在他们设效果。在他们设计的印制电路板上，计的印制电路板上，字符不是被元器件挡字符不是被元器件挡住就是侵入了助焊区住就是侵入了助焊区而被抹除，还有的把而被抹除，还有的把元器件标号打在相邻元器件标号打在相邻元器件上，如此种种元器件上，如此种种的设计都将会给装配的设计都将会给装配和维修带来很大不便。和维

15、修带来很大不便。（10）元件的封装）元件的封装 电路原理图中的元件使用的是实际元件的电气符电路原理图中的元件使用的是实际元件的电气符号；号；PCB设计中用到的元件则是使用实际元件的设计中用到的元件则是使用实际元件的封装封装 (Footprint)。元件的封装由元件的。元件的封装由元件的投影轮廓、引脚对投影轮廓、引脚对应的焊盘、元件标号和标注字符应的焊盘、元件标号和标注字符等组成。等组成。不同的元件不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装。封装。（常见元件的封装）原理图原理图PCB图 元件封装的命名一般与管脚间距和管脚数有关，如电

16、阻封装元件封装的命名一般与管脚间距和管脚数有关，如电阻封装AXIAL0.3中的中的0.3表示管脚间距为表示管脚间距为0.3英寸或英寸或300mil（1英寸英寸=1000mil）；）；双列直插式双列直插式IC封装封装DIP8中的中的8表示集成块的管脚数为表示集成块的管脚数为8。二、二、 印制电路板设计方法和原则印制电路板设计方法和原则 电路板的设计方法可分为：全手工设计、半自动电路板的设计方法可分为：全手工设计、半自动化设计和全自动化设计三大类。化设计和全自动化设计三大类。l 全手工设计全手工设计 全手工设计就是借助电路板设计软件提供的各种电路板对象全手工设计就是借助电路板设计软件提供的各种电路

17、板对象来进行电路板的设计。来进行电路板的设计。 全手工设计的设计过程：新建一个全手工设计的设计过程：新建一个PCB的设计文件的设计文件根据根据电路板尺寸的要求设置电路板的外形尺寸电路板尺寸的要求设置电路板的外形尺寸放置元件放置元件使用铜膜使用铜膜走线连接元件的焊点（如果电路板走线较复杂就通过导孔将走线走线连接元件的焊点（如果电路板走线较复杂就通过导孔将走线从一面切换到另一个走线面，直至所有网络走完为止）。从一面切换到另一个走线面，直至所有网络走完为止）。 全手工设计在早期的电路板设计软件中广泛使用，现在一全手工设计在早期的电路板设计软件中广泛使用，现在一般用于设计特殊的大功率或高频电路板才使用

18、，因为现在电路般用于设计特殊的大功率或高频电路板才使用，因为现在电路板设计软件还不能很好地处理大功率和高频电路的一些特殊问板设计软件还不能很好地处理大功率和高频电路的一些特殊问题。题。l 半自动化设计半自动化设计 半自动化设计采用一种折衷方式，适当地混合了自动化设计半自动化设计采用一种折衷方式，适当地混合了自动化设计技术与手工绘制来共同完成电路板设计工作，希望在电路板品技术与手工绘制来共同完成电路板设计工作，希望在电路板品质与设计周期上取得平衡，这是现实情况中最可行的也是最流质与设计周期上取得平衡，这是现实情况中最可行的也是最流行的设计方式。行的设计方式。 半自动化设计流程没有特定的规范与形式

19、，只要是用得顺半自动化设计流程没有特定的规范与形式，只要是用得顺手而且效果又不错，不管是自动设计还是手工设计，都可以在手而且效果又不错，不管是自动设计还是手工设计，都可以在设计过程中得到使用。例如使用设计过程中得到使用。例如使用电路板板框向导来生成板框电路板板框向导来生成板框，既轻松又精确，使用非常广泛。既轻松又精确，使用非常广泛。 使用半自动化设计的方法还用于使用半自动化设计的方法还用于电路原理图与电路板图中电路原理图与电路板图中封装型号不一致的时候，封装型号不一致的时候，这时可以通过人工修改网络列表文件这时可以通过人工修改网络列表文件的处理方法来解决。例如采用的处理方法来解决。例如采用Mu

20、ltisimMultisim来进行原理图绘制，而来进行原理图绘制，而电路板设计是采用电路板设计是采用ProtelProtel PCB PCB软件来进行的，这两种软件中各软件来进行的，这两种软件中各元件的封装表示是不一致的，这时就需要进行人工干预。元件的封装表示是不一致的，这时就需要进行人工干预。l 全自动化设计全自动化设计 电路板全自动设计通常是由电子设计自动化技术（电路板全自动设计通常是由电子设计自动化技术（EDA）软件公司提供的集成系统软件来实现的，这些集成系统软件应包软件公司提供的集成系统软件来实现的，这些集成系统软件应包括电路原理图设计软件、电路仿真模拟软件、电路板设计软件，括电路原理

21、图设计软件、电路仿真模拟软件、电路板设计软件，如果涉及可编程数字集成电路，还应包括可编程器件设计软件。如果涉及可编程数字集成电路，还应包括可编程器件设计软件。如如Protel 99SE集成软件中包括集成软件中包括Protel Schematic 99SE，Protel PCB 99SE，Protel Sim 99SE，Protel PLD 99SE等。等。 电路板全自动设计流程电路板全自动设计流程 设计出完整的电路图文件，并给电路中的元件标注具体的设计出完整的电路图文件，并给电路中的元件标注具体的参数及封装型号，接下来进行参数及封装型号，接下来进行ERC检查检查，确保绘制完成的电路，确保绘制完

22、成的电路图中没有任何违反电气特殊规则的情况发生。图中没有任何违反电气特殊规则的情况发生。 在电路板设计软件中在电路板设计软件中设置电路板的板框设置电路板的板框，然后将电路图的，然后将电路图的网络表导人网络表导人电路板设计软件中。电路板设计软件中。 利用电路板设计软件的利用电路板设计软件的自动布置功能和自动布线功能自动布置功能和自动布线功能可快可快速地完成电路板的设计工作。最后存盘并输出各种图纸和报表文速地完成电路板的设计工作。最后存盘并输出各种图纸和报表文件，为后期加工做准备。件，为后期加工做准备。PCB设计中的注意事项：（设计中的注意事项：（P161162）（1）当使用当使用CMOS器件时，

23、如果负载驱动能力不够，可将多个器件并联使器件时，如果负载驱动能力不够，可将多个器件并联使用。用。能大大提高能大大提高CMOS集成电路的输出供给电流与输出吸收电流。如果所集成电路的输出供给电流与输出吸收电流。如果所驱动的负载电容不大，还可提高速度。驱动的负载电容不大，还可提高速度。（2）在使用在使用CMOS器件时，不用的输入端不能悬空。器件时，不用的输入端不能悬空。如果悬空，作为输入如果悬空，作为输入端的引脚会将感应的静电引入电路，造成器件永久损坏。也可能受到外界端的引脚会将感应的静电引入电路，造成器件永久损坏。也可能受到外界的干扰而使电路不稳定。处理的办法是：对于的干扰而使电路不稳定。处理的办

24、法是：对于CMOS的与非门而言，不使的与非门而言，不使用的引脚可用一个几百用的引脚可用一个几百k的电阻连接到电源正端的电阻连接到电源正端VDD；在电源的稳定性较；在电源的稳定性较好时也可直接与电源连接；也可以将同一个门电路的输入端连接在一起。好时也可直接与电源连接；也可以将同一个门电路的输入端连接在一起。（CMOS多余输入端的处理）多余输入端的处理） （3）当连接线较长时，在输入与输出端都会因引线的分布电容与电感给当连接线较长时，在输入与输出端都会因引线的分布电容与电感给电路带来影响。电路带来影响。特别是在特别是在CMOS电路中，这种分布电容与电感可能产生振荡，电路中，这种分布电容与电感可能产

25、生振荡，将影响电路的可靠性，并可能使器件永久损坏。所以一般要在输入端串联一将影响电路的可靠性，并可能使器件永久损坏。所以一般要在输入端串联一个个1k左右的电阻来防止可能出现的振荡情况。左右的电阻来防止可能出现的振荡情况。（4）在使用）在使用TTL器件时，由于其电源工作范围较窄，标称值为器件时，由于其电源工作范围较窄，标称值为5V，范围为，范围为4.5V5.5V。使用时需要注意以下事项：。使用时需要注意以下事项：l 电源使用标准电源使用标准5V，不能使用负电压，更不能将电源反接。，不能使用负电压，更不能将电源反接。l 在每个器件的电源与地之间接一个在每个器件的电源与地之间接一个0.1F的电容，以

26、消除可能的尖脉冲影的电容，以消除可能的尖脉冲影 响。响。l 对于悬空端的处理，与对于悬空端的处理，与CMOS的方法基本相同。如果多余的输入端与已经的方法基本相同。如果多余的输入端与已经 使用的输入端属于同一个门电路，则多余的输入端应根据逻辑关系分别连使用的输入端属于同一个门电路，则多余的输入端应根据逻辑关系分别连 接高电平或低电平，也可以与已使用的输入端连接在一起，如图接高电平或低电平，也可以与已使用的输入端连接在一起，如图5-5。如果。如果 悬空可能引起系统不稳定。悬空可能引起系统不稳定。l 由于由于TTL电路中的电路中的容性负载容性负载能使下一级输入波形边沿变缓，而缓慢变化的能使下一级输入

27、波形边沿变缓，而缓慢变化的 边沿能引起数字电路在状态变换过程中产生幅度较大的振荡，又是一个干边沿能引起数字电路在状态变换过程中产生幅度较大的振荡，又是一个干 扰源，影响电路的稳定性与可靠性。解决的办法是先使用施密特触发器整扰源，影响电路的稳定性与可靠性。解决的办法是先使用施密特触发器整 形之后再输出至下一级电路。同样在形之后再输出至下一级电路。同样在使用感性负载时使用感性负载时，在电流关断的瞬间，在电流关断的瞬间 会产生较高的电压。这个电压对整个系统非常危险，可使得元器件被击穿会产生较高的电压。这个电压对整个系统非常危险，可使得元器件被击穿 ，也会产生干扰。通常的解决办法是在感性负载上并联一个

28、保护二极管或，也会产生干扰。通常的解决办法是在感性负载上并联一个保护二极管或 电阻电容。电阻电容。 （ TTL多余输入端的处理）多余输入端的处理） （5） 注意注意TTL与与CMOS器件的电平匹配问题器件的电平匹配问题。由于。由于TTL器件与器件与CMOS器件要求的输入电平以及输出电平范围不一样，同时输出电器件要求的输入电平以及输出电平范围不一样，同时输出电流与输入电流要求也不一样。在设计使用这些混合器件的系统时，流与输入电流要求也不一样。在设计使用这些混合器件的系统时，就必须考虑电平匹配的问题。比如就必须考虑电平匹配的问题。比如TTL器件的输出高电平最低值是器件的输出高电平最低值是2.4V，

29、而，而CMOS器件的输入高电平要求大于器件的输入高电平要求大于3.5V，这样某些，这样某些TTL器器件驱动不了件驱动不了COMS器件，解决的办法是在器件，解决的办法是在TTL的输出端使用上拉电的输出端使用上拉电阻提高其输出电平。阻提高其输出电平。 （6） 要考虑数字电路对模拟电路的影响要考虑数字电路对模拟电路的影响。由于数字系统的高频。由于数字系统的高频脉冲信号引起很大的高频杂波干扰，而且在电源与地线上大量存在，脉冲信号引起很大的高频杂波干扰，而且在电源与地线上大量存在，这将严重影响模拟信号的准确性。解决的办法通常是将这将严重影响模拟信号的准确性。解决的办法通常是将模拟与数字模拟与数字系统的电

30、源与地线严格分开系统的电源与地线严格分开，电源要特别注意滤波，地线最终在一电源要特别注意滤波，地线最终在一点连接点连接。同时在各个器件的电源与地线间用电容去耦。在模拟与数。同时在各个器件的电源与地线间用电容去耦。在模拟与数字信号的连接上可以使用光电隔离或继电器等。字信号的连接上可以使用光电隔离或继电器等。 （7）小信号与大信号的问题小信号与大信号的问题。由于大信号会对小信号产生严重。由于大信号会对小信号产生严重干扰，所以两者必须在印刷电路板上远离。最好在电路板上分区分干扰，所以两者必须在印刷电路板上远离。最好在电路板上分区分块，一些区域用于小信号器件及其布线，另一些区域用于大信号器块，一些区域

31、用于小信号器件及其布线，另一些区域用于大信号器件及其布线。同时大信号的布线一定要粗（或宽），因为太细（或件及其布线。同时大信号的布线一定要粗（或宽），因为太细（或窄）则将由于连线电阻大而引起较大的电压降。窄）则将由于连线电阻大而引起较大的电压降。 （8）尽可能缩短高频元器件之间的连线尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减，设法减小分布参数和相互之间的电磁干扰。易受其干扰的元小分布参数和相互之间的电磁干扰。易受其干扰的元器件不能离干扰源太近，输入与输出元器件都应该远器件不能离干扰源太近，输入与输出元器件都应该远离高频元器件。离高频元器件。 （9）重量大于）重量大于15克的电子元器件如果仅靠电路板

32、克的电子元器件如果仅靠电路板上的导线焊盘固定是不可靠的。应该使用上的导线焊盘固定是不可靠的。应该使用支架或卡子支架或卡子等专门固定这些较重的元器件等专门固定这些较重的元器件。否则容易使电路板变。否则容易使电路板变形，更可能导致连接线断掉，从而影响印刷电路板的形，更可能导致连接线断掉，从而影响印刷电路板的预期功能。预期功能。 （10）对于）对于发热量大的元器件应该使用散热器或靠发热量大的元器件应该使用散热器或靠近通风口的地方安装近通风口的地方安装。如果器件的发热得不到妥善的。如果器件的发热得不到妥善的处理，将严重影响元器件的性能，而最终影响整个系处理，将严重影响元器件的性能，而最终影响整个系统的

33、性能。统的性能。电磁兼容性电磁兼容性 （1）根据具体情况设置屏蔽线、屏蔽罩或屏蔽盒，）根据具体情况设置屏蔽线、屏蔽罩或屏蔽盒，减少电磁辐射。减少电磁辐射。 （2）电源线、地线要粗，以减少反射。）电源线、地线要粗，以减少反射。 （3）在每个集成器件的电源与地之间接一个）在每个集成器件的电源与地之间接一个0.1F的电容，以消除尖脉冲。的电容，以消除尖脉冲。 （4）在印刷电路板上没有走线的地方，尽量敷上）在印刷电路板上没有走线的地方，尽量敷上大量的铜并连接到地。大量的铜并连接到地。印刷电路板设计工具印刷电路板设计工具自动布局布线自动布局布线 布局布线布局布线? ? 在印刷电路板的特定区域内电路组件的

34、摆放位置（在印刷电路板的特定区域内电路组件的摆放位置（布局布局）和）和它们之间的走线（它们之间的走线（布线布线）。）。+布局布局布线布线顶层顶层底层底层自动布局算法自动布局算法 布局是指如何放置每一个组件，且使组件之间的连布局是指如何放置每一个组件，且使组件之间的连线能线能100%的实现（称之布通率）。的实现（称之布通率）。 达到的目标：达到的目标：l 组件位置合理组件位置合理l 使使PCB的面积最小的面积最小l 布线效果最佳。布线效果最佳。 衡量的标准：衡量的标准：l 布线总长最短布线总长最短l 布通率达布通率达100% l 布线密度均匀。布线密度均匀。 通常以布线总长最短作为目标函数。通常

35、以布线总长最短作为目标函数。IBM T60飞线事件飞线事件飞线飞线布通率未达到布通率未达到100%布局的目标函数布局的目标函数( )( )ijp i p jijQP d式中，式中，Pij为组件为组件i与组件与组件j的连线根数，的连线根数，dp（i）（）（j）为组件为组件i到组件到组件j的距离。的距离。曼哈顿距离曼哈顿距离 线网模型线网模型（所有组件均被当作是一个个的节点，对其形状与大小不予考虑。）（所有组件均被当作是一个个的节点，对其形状与大小不予考虑。） 最小生成树最小生成树的线网模型的线网模型 斯坦纳数的斯坦纳数的线网模型线网模型 特殊树连特殊树连接模型接模型 源点源点收点收点（1）初始布

36、局）初始布局 用以解决组件的摆放顺序（即哪个先放哪个后放）用以解决组件的摆放顺序（即哪个先放哪个后放）和组件的摆放位置问题。和组件的摆放位置问题。初始布局思路：初始布局思路：l 将相互间联接度大的组件尽可能放在相邻位置；将相互间联接度大的组件尽可能放在相邻位置；l 将与其他组件总联接度大的组件尽可能放在中心位置。将与其他组件总联接度大的组件尽可能放在中心位置。典型的初始布局算法：典型的初始布局算法：对联结法（对联结法（Pair-link）、成群展开法）、成群展开法（Cluster-development）、内外联接度法（）、内外联接度法（Inside-outside connectivity）

37、和群法（）和群法（Clustering）等。）等。两个阶段：（初始布局两个阶段：（初始布局+ +改善布局改善布局） （联接度：指一个组件与其他组件之间的连线数。（联接度：指一个组件与其他组件之间的连线数。连线多则联接度大，反之联接度小。）连线多则联接度大，反之联接度小。） （2 2）改善布局）改善布局 在初始布局之后，通过比较寻求更好的布局结果。方在初始布局之后，通过比较寻求更好的布局结果。方法是选择一个组件子集，将其位置与侯选位置交换，形成法是选择一个组件子集，将其位置与侯选位置交换，形成一个新的布局。然后计算目标函数进行评价，若比原布局一个新的布局。然后计算目标函数进行评价，若比原布局有所

38、改善，则用它替代原布局，否则保留原布局。有所改善，则用它替代原布局，否则保留原布局。常用的算法有：常用的算法有：l 成对交换法成对交换法l SteinbergSteinberg分配法分配法l 力矢量松弛法等。力矢量松弛法等。 自动布线算法自动布线算法 自动布线，就是在给定的布线区域内，由软件自动自动布线，就是在给定的布线区域内，由软件自动产生各组件之间的互连线。产生各组件之间的互连线。布线质量衡量标准：布线质量衡量标准：l 布通率布通率 （如不能达到（如不能达到100%，必须进行手工布线，必须进行手工布线， 或者重新布线）或者重新布线）l 布线面积布线面积 （越小越好）（越小越好）l 布线总长

39、布线总长 （越小越好，不仅可以减小面积，还可（越小越好，不仅可以减小面积，还可 以降低干扰和信号延迟）以降低干扰和信号延迟）l 导孔数导孔数 （越小越好，可以减小面积）（越小越好，可以减小面积）l 布线均匀性布线均匀性l 布线速度布线速度自动布线过程（两个阶段）：自动布线过程（两个阶段）：l 总体布线：给所有线网分配布线通道总体布线：给所有线网分配布线通道l 详细布线：在通道内给各线网分配走线位置（轨道）。详细布线：在通道内给各线网分配走线位置（轨道）。总体布线算法：总体布线算法：李氏算法李氏算法 线探索法线探索法详细布线算法：详细布线算法： 左边算法（左边算法（Left-edge algor

40、ithm） 曲干布线算法（曲干布线算法（Dogleg routing algorithm） 贪婪布线算法（贪婪布线算法（Greedy router） PCB设计工具设计工具Protel 99SE及其应用及其应用Protel 99SE 的组成的组成Protel 99SE 的特点的特点（1）原理图模块）原理图模块l 支持层次化设计支持层次化设计 l 电路图编辑功能丰富、使用灵活电路图编辑功能丰富、使用灵活 l 在设计自动化方面提供了强大功能在设计自动化方面提供了强大功能 （2）印刷电路板设计模块）印刷电路板设计模块l 能支持复杂的能支持复杂的PCB设计设计 l 对于对于PCB中设计对象的编辑非常方

41、便与灵活中设计对象的编辑非常方便与灵活 l 设计自动化功能强大设计自动化功能强大 1 Design Window（设计窗口）（设计窗口） 2 Document tabs（文档条）（文档条）3 Design Manager panel（设计管理区）（设计管理区） 4 Navigation Tree（导航树）（导航树）5 Help Advisor（帮助）（帮助）Protel 99SE 的主界面的主界面建立新的设计数据库文件建立新的设计数据库文件(启动菜单启动菜单File/New)设置设计设置设计数据库文数据库文件格式件格式文件名文件名文件存放文件存放的位置的位置Protel是以是以Design D

42、atabase（设计数据（设计数据库）的形式库）的形式管理管理.Ddb文文件中的所有件中的所有信息。信息。项目设计管理窗口项目设计管理窗口设计工作组设计工作组支持团队开发，允许多个支持团队开发，允许多个用户同时操作设计数据库用户同时操作设计数据库生成生成CAM制造制造输出配置文件输出配置文件原理图元原理图元件库文件件库文件各种文件编辑器各种文件编辑器(启动菜单启动菜单File/New)( (双击所需的文件类型即可进入相应的编辑器双击所需的文件类型即可进入相应的编辑器) )表格文件表格文件文本文件文本文件波形文件波形文件文件夹文件夹PCB文件文件PCB元件封元件封装库文件装库文件PCB打打印文件

43、印文件原理图原理图文件文件CAM (computer Aided Manufacturing，计算机，计算机辅助制造辅助制造)：利用计算机：利用计算机来进行生产设备管理控来进行生产设备管理控制和操作的过程。制和操作的过程。 利用利用Protel 99 SE进行印制电路板设计的一般步骤进行印制电路板设计的一般步骤l 电路原理图设计电路原理图设计(SCH)(SCH)：利用：利用Protel 99 SEProtel 99 SE的原理的原理图设计系统，绘制完整的、正确的电路原理图。图设计系统，绘制完整的、正确的电路原理图。l 产生网络表：网络表是表示电路原理图或印制电路产生网络表：网络表是表示电路原理

44、图或印制电路板中元件连接关系的文本文件，是连接电路原理图与板中元件连接关系的文本文件，是连接电路原理图与印制电路板图的桥梁。印制电路板图的桥梁。l 印制电路板设计印制电路板设计(PCB)(PCB)：根据电路原理图，利用：根据电路原理图，利用Protel99SEProtel99SE提供的强大的提供的强大的PCBPCB设计功能，进行印制电设计功能，进行印制电路板的设计。路板的设计。第一部分第一部分 电路原理图设计电路原理图设计 电路原理图设计是整个电路设计的基础，它决定了后电路原理图设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展。电路原理图的设计过程一般步骤如下：面工作的进展。电路原理图的设计过

45、程一般步骤如下：(1) 新建电路原理图文件；新建电路原理图文件；(2) 启动电路原理图编辑器；启动电路原理图编辑器；(3) 设置图纸和工作环境设置图纸和工作环境(Design/Options) ；(4) 加载元件库；加载元件库；(5) 放置元器件；放置元器件；(6) 调整元器件布局；调整元器件布局；(7) 进行布线及调整；进行布线及调整；(8) 报表文件的生成：报表文件的生成：电气规则检查电气规则检查 (ERC)；生成元件清单；生成元件清单 (Reports / Bill of Materia );建立网络表建立网络表 (Design / Create Netlist ) ；(9) 文件的保存

46、与输出。文件的保存与输出。 （根据实际情况可以进行适当的调整。）（根据实际情况可以进行适当的调整。）例例1 绘制如图绘制如图1-1所示的甲乙类放大器电路原理图，并进行所示的甲乙类放大器电路原理图，并进行ERC检查、产生元件清单和网络表（表检查、产生元件清单和网络表（表1-1是其元件列表）。是其元件列表）。图图1-1 表表1-1（1）新建电路原理图文件）新建电路原理图文件 在在Protel 99SE主窗口中执行主窗口中执行File/New菜单命令，建立一菜单命令，建立一个新的设计数据库文件个新的设计数据库文件“甲乙类放大器甲乙类放大器.Ddb”，再次执行，再次执行File/New菜单命令，选择建

47、立电路原理图文档，新建一个电菜单命令，选择建立电路原理图文档，新建一个电路原理图文件，并将文件名改为路原理图文件，并将文件名改为“甲乙类放大器甲乙类放大器 .Sch”。 双击原理图图标，系统进入原理图编辑器，它包括主菜单、双击原理图图标，系统进入原理图编辑器，它包括主菜单、工具栏、设计管理器、工作窗口、状态栏等。工具栏、设计管理器、工作窗口、状态栏等。（2）图纸格式设置）图纸格式设置 双击双击“甲乙类放大甲乙类放大器器.Sch”图标打开文件，执图标打开文件，执行行Design /Options菜单命菜单命令，设置图纸大小为令，设置图纸大小为A4，其余默认。其余默认。 （3）加载原理图元件库）加

48、载原理图元件库 在本例电路原理在本例电路原理图中，所用的元件电图中，所用的元件电阻、电解电容、三极阻、电解电容、三极管和插头均在基本元管和插头均在基本元件库（件库（Miscellaneous Device.ddb）中，在）中，在原理图管理器中单击原理图管理器中单击Add/Remove按钮加按钮加载该元件库。载该元件库。 在甲乙类放大器原理图中的元件列表中有序号、元件值、元在甲乙类放大器原理图中的元件列表中有序号、元件值、元件封装、元件名和说明。在件封装、元件名和说明。在Miscellaneous Device.ddb元件库中元件库中找出这些元件，将其拖动到合适的位置，有的还需作必要的旋找出这些

49、元件，将其拖动到合适的位置，有的还需作必要的旋转。转。 （4）放置元件）放置元件 （5）连接导线）连接导线使用布线工具栏使用布线工具栏Wiring Tools按图按图1-1的电路原理图连接好导线。的电路原理图连接好导线。 元件的位置调整好后，下一步是对各元件进行线元件的位置调整好后，下一步是对各元件进行线路连线，主要使用画原理图工具，路连线，主要使用画原理图工具，总线和网络标号的使用总线和网络标号的使用v 使用总线来代替一组导线，需要与总线分使用总线来代替一组导线，需要与总线分支相配合，总线与一般导线的性质不同，必支相配合，总线与一般导线的性质不同，必须由总线接出的各个单一入口导线上的网络须由

50、总线接出的各个单一入口导线上的网络标号来完成电气意义上的连接，具有相同网标号来完成电气意义上的连接，具有相同网络标号的导线在电气上是相连的。络标号的导线在电气上是相连的。v 1.1.绘制总线绘制总线 绘制含总线的原理图时，一般通过工具栏上按钮绘制含总线的原理图时，一般通过工具栏上按钮 先先画元件管脚的引出线，然后再绘制总线。画元件管脚的引出线，然后再绘制总线。 执行菜单执行菜单PlaceBusPlaceBus或单击工具栏上按钮或单击工具栏上按钮 ，放置总，放置总线，连线完毕，单击鼠标的右键退出放置状态。线，连线完毕，单击鼠标的右键退出放置状态。v2 2. .放置总线分支放置总线分支 元件管脚的

51、引出线与总线的连接通过总线分支实现，元件管脚的引出线与总线的连接通过总线分支实现，总线分支是总线分支是4545或或135135倾斜的短线段。倾斜的短线段。 执行菜单执行菜单PlaceBusPlaceBus Entry Entry，或单击或单击 按钮，放置总按钮，放置总线分支，按空格键变换倾斜角度，单击鼠标左键放置总线分线分支，按空格键变换倾斜角度，单击鼠标左键放置总线分支线，如图所示。支线，如图所示。 放置网络标号放置网络标号v 在总线电路中必须通过网络标号实现电气连接。在复杂在总线电路中必须通过网络标号实现电气连接。在复杂的电路图中，通常使用网络标号来简化电路，具有相同网络的电路图中，通常使用网络标号来简化电路，具有相同