《电子技能与实训（第3版）》第5章印制电路板的设计和制作

第5章印制电路板的设计和制作

5.1印制电路板设计和制作的工具随着科学技术日新月异的发展，现代电子工业取得了长足的进步，大规模、超大规模集成电路的使用使印制电路板的走线愈加精密和复杂。传统的手工方式设计和制作印制电路板已显得越来越难以适应形势了。解决这一问题的办法是使用电子线路CAD（计算机辅助设计）软件。这些软件有一些共同的特征：它们都能够协助用户完成电子产品线路的设计工作，比较完善的电子线路CAD软件至少具有自动布线的功能，更完善的还应有自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能。Protel就是这类软件中的杰出代表。5.2电路板设计的一般步骤一般来说，设计电路板最基本的过程可以分为三个主要步骤。1．电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用Protel99SE的原理图设计系统（AdvancedSchematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用Protel99SE所提供的各种绘图工具及各种编辑功能。2．产生网络表网络表是电路原理图设计（Sch）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取。3．印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对Protel99的另外一个重要部分PCB而言的，在这个过程中，可以借助Protel99提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的布线等工作。5.3电路原理图设计的一般步骤设计一个电路原理图的工作包括：设置电路图图纸大小、规划电路图的总体布局、在图纸上放置元器件、进行布局和布线、然后对各元器件以及布线进行调整、最后保存并打印输出。电路原理图设计的一般流程：①启动Protel99SE电路原理图编辑器。②设置电路图图纸尺寸以及版面。③在图纸上放置需要设计的元器件。这个阶段，就是用户根据实际电路的需要，从元件库里取出所需元器件放置到工作平面上的过程。④对所放置的元器件进行布局布线。该过程实际就是一个画图的过程。⑤对布局布线后的元器件进行调整。在这一阶段，用户利用Protel99SE所提供的各种强大功能对所绘制的原理图进行进一步的调整和修改，以保证原理图的美观和正确。⑥保存文档并打印输出。这个阶段是对设计完的原理图进行存盘、输出打印操作。5.4.1产生ERC表Protel99SE在产生网络表之前，可以利用软件来测试用户设计的电路原理图，执行电气法则的测试工作，以便能够找出人为的疏忽。电气规则检查可检查电路图中是否有电气特性不一致的情况。5.4.2网络表在AdvancedSchematic所产生的各种报告中，以网络表（Netlist）最为重要。绘制电路图的主要的目的就是为了将设计电路转换出一个有效的网络表，以供其他后续处理程序（例如PCB程序或仿真程序）使用。在由绘图页产生网络表时，使用的是逻辑的连通性原则，而非物理的连通性。网络表有很多种格式，通常为ASCII码文本文件。网络表的内容主要为电路绘图页中各元件的数据（流水序号、元件类型与包装信息）以及元件间网络连接的数据。由于网络表是纯文本文件，所以用户可以利用一般的文本编辑程序自行建立或是修改已存在的网络表。5.5PCB印制电路板5.5.1印制电路板印制电路（PrintCircuitBoard）是指在基板（如由酚醛纸质材料制成）表面上按预定的设计方案印制的电路，包括印制线路和印制元件。印制线路通常是在一块敷铜板上采用蚀刻技术形成供元器件进行电气连接的导电图形。印制电路板按结构可分为单面板、双面板和多面板。多面板在目前的电子产品中用得越来越多。印制电路具有以下优点：利于集成，易于实现生产自动化和大批量生产、产品质量稳定、减少接线错误、易于自动生成等。印制电路板的结构有单面板、双面板和多面板之分，手工制作时，较多采用单面板或双面板；在EDA下，一般采用双面板或多面板，这样设计可以把每一层的功能区分得很明确，如目前的计算机中使用的内存一般采用4层或6层结构，6层结构中通常有一层是地线层，一层是电源层。5.5.2布局规则（1）电压差较大和频率较高的走线不能靠得太近。（2）电路在一个平面内尽可能有同样的梯度，即线路平行设计，避免线路交叉。双层电路板设计可使两面的走线方向垂直。（3）设计时最好对版面进行分区，把实现不同功能的电路放在不同的区中。（4）同种元器件要采用相同的标准（跨距、封装形式、标注等）。（5）排列元器件最好在模数为1.25mm或2.5mm的网格纸上进行，使元器件的中心对应网格线的交点。（6）元器件的下面可以走线，但不要有交叉点出现。在设计印制电路板时，导线的宽度要根据导线中电流的大小来设定。5.5.3绘制规则这里主要介绍印制电路板工作图的原版图形（导电图形图），并对助焊图和字符图加以介绍。导电图形图是印制电路板上的导电材料所构成的图形结构。包括导线、焊盘、金属化孔及印制元件等，一般用黑白稿，仅绘制焊盘和导线条。因其不用尺寸标注故在模数为1.27mm或2.54mm的网格纸上绘制。（1）焊盘和焊点的绘制。焊点在不同的电路中有不同的形状，其中岛形焊点用于高频电路，圆形和方形用于30MHz以下的电路。（2）导电线路的绘制。①印制导线和焊盘连接的时候要平滑过渡。②一般在印制电路板的外围绘制公共地线，导线的宽度可适当加大。除功率线和地线外其他的印制导线的宽度尽量一致。③分立元件的导线宽度在1.5～3.0mm左右，集成电路的连接线宽度在1mm以下。对于大电流导线的宽度可查阅有关参考资料。④在画导线的时候，先按预定的宽度画双轮廓线，再把内部涂黑，特别要注意导线与焊盘连接处的光滑过渡，这会影响印制电路板的各种性能。5.5.4印制电路板布线流程印制电路板设计的一般步骤如下。（1）绘制电路图。绘制电路图是电路板设计的先期工作，主要是完成电路原理图的绘制，包括生成网络表。（2）规划电路板。（3）设置参数。参数的设置是电路板设计的非常重要的步骤。设置参数主要是设置元件的布置参数、板层参数、布线参数等。（4）装入网络表及元件封装。网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。（5）元件的布局。元件的布局可以让Protel99SE自动布局。Protel99SE也可以让用户手工布局。（6）自动布线。（7）手工调整。自动布线结束后，往往存在令人不满意的地方，需要手工调整。（8）文件保存及输出。5.5.5PCB设计编辑器（1）进入Protel99系统，从“File”中用“Open”打开一个已有的设计库或