单面板的制作

会计学1单面板的制作本节主要内容准备电路图与网络表电路板的规划网络表与元件的装入元件的布局自动布线手工调整第1页/共70页一、准备电路图与网络表

在制作印制电路板之前，必须有相应的电路原理图和网络表，它们是制作印制电路板的蓝图和前提。

下面以下图所示的电平转换电路原理图为例制作一块单面印制电路板，该原理图生成的网络表如下：[E1RAD0.31uF][E2RAD0.31uF][E3RAD0.31uF][E4RAD0.31uF][E5RAD0.31uF][J1SIP2CON2]第2页/共70页[U1DIP-16MAX232](GNDE4-2E5-1J1-2U1-15)(NetE1_1E1-1U1-1)(NetE3_1E3-1U1-2)(NetU1_3E1-2U1-3)(NetU1_4E2-1U1-4)(NetU1_5E2-2U1-5)(NetU1_6E5-2U1-6)(NetU1_12U1-12)(NetU1_13U1-13)(VCCE3-2E4-1J1-1U1-16)第3页/共70页

有了电路原理图和相应的网络表后，就可以开始制作电路板了，在开始下一步工作前首先要创建一个PCB文件，这个PCB文件与相应的原理图文件在同一个设计数据库中。第4页/共70页二、规划电路板

在创建好PCB文件并启动PCB编辑器后，首先要对电路板进行规划，所谓规划电路板就是根据电路的规模及公司或制造商要求，具体确定所要制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。

首先规划电路板的物理边界，对电路板机械定义的具体要求是由公司或制造商提出的，通常包括角标、参考孔位置、外部尺寸。(1)设定当前的工作层面为【KeepOutLayer】单击工作窗口下方的标签即可将当前的工作平面切换到【KeepOutLayer】层，在该层面上确定电路板的电气边界。(2)确定电路板的下边界。执行菜单命令【Place】/【Track】，当光标在工作区移动时，状态栏中最左侧会显示光标当前所在的坐标，如下图所示。

将光标移动到坐标(0,0)处，单击确定下边界的起点。然后拖动光标至坐标(2000,0)处，然后单击确定下边界的终点。这样就确定了电路板的下边界长短和位置如下图。第5页/共70页第6页/共70页

双击绘制好的下边界，即可弹出如下图所示的【Track】属性对话框。在该对话框中可对【Track】的线宽(Width)、层面(Layer)、网络(Net)、起点x轴坐标(Start-X)、起点y轴坐标(Start-Y)、终点x轴坐标(End-X)、终点y轴坐标(End-Y)等属性进行设定，从而进行精确定位并设置所在工作层面和线宽，起点和终点坐标可以通过键盘由用户直接输入。第7页/共70页(3)确定电路板其他边界。绘制完电路板下边界后，程序仍处于放置【Track】的命令状态，按照上步的方法依次确定电路板的右边界、上边界和左边界。电路板电气边界4个顶点的坐标分别为(0,0)、(2000,0)、(2000,1500)、(0,1500)。(4)绘制完电路板的电气边界后，绘制好的电路板电气边界如下图。第8页/共70页三、网络表与元件的装入

规划好电路板后，接着就要装入网络表和元件，网络表和元件是同时装入的，在装入网络表和元件之前，必须先将所用到的PCB元件库装入PCB编辑器。如果没有装入元件库或者装入的元件库中没有所需的PCB元件，系统会在网络表和元件的装入过程中提示用户装入过程失败。注意原理图元件和PCB元件是两个完全不同的概念，后者对应的是前者的封装形式。原理图元件库和PCB元件库，是不能通用的，PCB元件库的装入与原理图元件库的装入方法完全相同。(1)在PCB浏览器(BrowsePCB)窗口中【Browse】选项的下拉列表框中选择【Libraries】选项，如下图所示。1.装入PCB元件库第9页/共70页(2)执行菜单命令【Design】/【Add/Remove/Library】或单击PCB浏览器(BrowsePCB)中的按钮，弹出如下图所示的添加/移去元件库对话框。第10页/共70页第11页/共70页对话框的各部分设置如下：【查找范围】：确定PCB元件库所在的路径，Protel99自带的PCB元件库在Protel99安装目录下“Library\Pcb”中的3个文件夹中，这3个文件夹分别是“Connectors”、“GenericFootprints”和“IPCFootprints”。Protel99自带的PCB元件库文件类型为设计数据文件(*.ddb)，这里选“GenericFootprints”文件夹。【文件类型】：在搜寻选项下的文件列表框中所要的文件，然后用鼠标单击按钮，则选中的文件就会出现在上图中的【SelectedFiles】选框中。这里通过上述方法依次将所需的文件“Advpcb.ddb”、“GeneralIC.ddb”和“Miscellaneous.ddb”添加到【SelectedFiles】选框中。如果在装入网络表及元件之前没有将电路板所需的所有元件库装入，则程序只能装入网络表而无法装入元件(3)添加完所需的文件后，单击对话框中的按钮加以确认，这样就可以将所选中的文件装入到PCB编辑器中。第12页/共70页2.利用网络表文件装入网络表和元件(1)在PCB编辑器中执行菜单命令【Design】/【Netlist】，出现如下图所示的装入网络表对话框。第13页/共70页

单击对话框中的按钮即可进入如下图所示的选择网络表文件的对话框，该对话框中默认的文件为当前PCB文件所在设计数据库文件中的所有文本文件。第14页/共70页(2)在上图所示的对话框中选中所需的网络表文件“Sheet1.NET”，然后单击按钮，程序开始自动生成相应的网络宏，正确生成所有网络宏之后的对话框如下图所示，所有的网络宏都显示在对话框中，用户还可以对任意一个网络宏进行编辑修改。第15页/共70页(3)正确生成网络宏后，单击按钮即可开始装入网络表和元件。装入网络表和元件的PCB图如下图所示第16页/共70页四、元件布局

通过前面的步骤，我们已经将网络表和元件装入到PCB工作区。下面就要进行元件的布局工作了。对元件进行布局可以利用Protel99-PCB所提供的自动布局功能。1.元件的自动布局(1)在PCB编辑器中执行菜单命令【Tools】/【AutoPlace】，出现如下图所示的元件自动布局对话框。在该对话框中用户可以选择元件自动布局的方式，对话框中各选项的含义如下：第17页/共70页【ClusterPlacer】：成组布局方式。这种基于组的元件自动布局方式将根据连接关系将元件划分成组，然后按照几何关系放置元件组。该方式比较适合元件较少的电路。【StatisticalPlacer】：统计布局方式。这种基于统计的元件自动布局方式将根据统计算方法放置元件，以使元件间的连线长度最短，该方式比较适合元件较多的电路。【QuickComponentPlacement】：快速元件布局。该选项只有在选择成群布局方式(ClusterPlacer)时选中才有效。(2)这里使用统计布局方式。用鼠标选中统计布局方式选项前的单选框，则对话框会变成如下图所示。第18页/共70页(3)设置元件自动布局参数。在上图所示对话框中设置统计布局方式下的元件自动布局参数。各选项含义如下:【GroupComponents】：该选项的功能是将当前网络中连接密切的元件归为一组。排列时改组的元件将作为整体考虑，默认状态为选中。【RotateComponents】：该选项的功能是根据当前网络连接与排列的需要使元件或元件组旋转方向。若未选中该选项则元件将按原始位置放置。默认状态为选中。【PowerNets】：电源网络名称。这里将电源网络设定为“VCC”。【GroundNets】：接地网络名称。这里将接地网络设定为“GND”。【GirdSize】：设置元件自动布局时格点的间距大小，如果格点间距设置过大，则自动布局时有些元件可能会被挤出电路板边界。这里使用系统的默认值“20mil”。设置好的元件自动布局参数对话框如上图所示第19页/共70页(4)设置好元件自动布局参数后，单击对话框中的按钮即可开始元件自动布局。此时状态栏中会显示自动布局的进程。(5)自动布局结束后会出现如下图所示的对话框，提示自动布局结束。(6)单击按钮确认即可，元件自动布局完成后的结果如下图所示。第20页/共70页

之后系统将回到原来的PCB工作窗口，此时元件已经自动布局在电路板电气边界内，如下图所示。(7)关闭元件自动布局窗口，此时会出现如下图所示的提示对话框，提示用户是否更新PCB设计数据。单击按钮确认即可。第21页/共70页

即使是针对同一电路，程序每次执行元件自动布局的结果都是不同的，可以选择自己比较满意的布局结果。第22页/共70页2.手工调整元件布局

程序对元件自动布局并不是十全十美，不能完全依赖程序的自动布局，往往还要对元件布局进行手工调整。元件布局的合理性将直接影响到布线工作是否能够完成，同时也涉及到电路是否能正常工作和电路的抗干扰等问题。因此，对元件布局进行手工调整是十分必要的。(1)设定栅格的间距和光标移动的单位距离。执行菜单命令【Design】/【Options】，在出现的【Options】对话框中选择【Options】选项卡，然后在选项卡中设定【Girds】的各项参数，设定结果如下图所示，单击按钮确认即可。

设定好栅格间距和光标移动单位距离后就可以开始手工调整工作了。第23页/共70页第24页/共70页(2)将元件E4移动到一个新的位置。单击元件E4，选中它，同时按住鼠标左键不放，此时光标变为十字形状，元件被选中，如图所示。第25页/共70页

移动元件，选中元件后，按住鼠标左键不放，然后拖动鼠标，则被选中的元件会被光标带着移动。将元件移动到所需的位置后，松开鼠标左键即可将元件放置在当前位置，E4移动后的结果如下图所示。第26页/共70页(3)旋转一个元件。移动元件E4后，还需要调整一下元件的放置方向，单击元件E4，同时按住鼠标左键不放，此时光标变为十字形状，元件被选中。按住鼠标左键不放，按空格键、X键、Y键即可调整元件的放置方向，旋转结果如下图所示。第27页/共70页(4)利用上述方法对其他元件的位置和方向进行必要的调整，元件调整后的结果如下图所示。第28页/共70页3.元件标注的调整

对元件布局进行调整后，用户会发现元件的标注过于杂乱。尽管这并不影响电路的正确性，但影响了电路板的美观，所以还需要对元件标注进行调整。(1)双击想要编辑的元件标注，例如电容E4的序号“E4”。(2)在随后出现的设置文字标注对话框中编辑元件的文字标注。在该对话框中可以对文字标注的内容(Text)、字体高度(Heignt)、字体宽度(Width)、字体类型(Font)、文字标注所在工作层面(Layer)、文字标注的放置角度(Rotation)、文字标注的位置坐标(X-Location、Y-Location)等属性进行设定。设定属性后的结果如右图所示。第29页/共70页(3)对元件标注的位置、放置方向和属性进行相应的调整和编辑后，最终结果如下图所示。第30页/共70页五、自动布线

完成元件布局工作后，就可以开始自动布线了。所谓自动布线就是程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，依照一定的程序算法，按照事先生成的网络宏自动在各个元件之间进行连线从而完成印制电路的布线工作。1.设定自动布线参数在进行自动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定自动布线参数。如果参数设置不当，可能会导致自动布线失败。(1)显示工作层面的设置。对于显示工作层面的设定，前面已经做了详细的说明。由于这里谈的是单面板的制作，信号层(SignalLayers)只涉及到底层(BottomLayer)，所以信号层只选定底层，顶层不用设定，显示工作层面的设置状态如下图所示。第31页/共70页第32页/共70页(2)自动布线参数的设置自动布线的参数包括布线层面、走线(Track)的宽度、布线的拐角模式、过孔孔径类型、尺寸等。一经设定，自动布线就会依据这些参数进行。因此，自动布线的成败好坏在很大程度上与参数的设定有关，必须认真考虑。①执行菜单命令【Design】/【Rules】，出现如下图所示的设置布线参数对话框，在【Routing】选项卡中即可对布线的各种参数进行设定。第33页/共70页②设置安全距离(ClearanceConstraint)。用鼠标选中【RuleClasses】选项列表框中【ClearanceConstraint】选项，即可开始对安全间距进行设定，如下图所示。安全间距主要用于定义同一个工作层面上的两个图元之间的最小间距，例如焊盘(Pad)和走线(Track)之间的间距，如下图所示。

如果用户想要对当前系统默认的安全间距参数进行修改，只要单击按钮即可进入安全间距(ClearanceConstraint)参数设置对话框，如下图所示。该对话框主要分为两大部分：Rulescope(布线范围)：用于设定本规则适用的范围，通常情况下采用默认设置【WholeBoard】，即该规则适用于整个电路板。RuleAttributes(布线属性)：用于设定图元之间允许的最小间距(numClearance)和所适用的网络(Connective)。这里采用默认设置【10mil】和【DifferentNetsOnly】。第34页/共70页第35页/共70页③设置布线的拐角模式(RoutingCorners)。在如“Routing”图所示的对话框中，用鼠标选中【RulesClasses】选项列表框中的【RoutingCorners】选项，即可开始设置布线拐角模式。该项设置主要用于定义布线时拐角的形状以及最小和最大的允许尺寸，如下图。

用户只要单击按钮即可进入拐角模式(RoutingCorners)参数设置对话框，如下图所示。该对话框主要分为两大部分：Rulescope(布线范围)：用于设定本规则适用的范围，这里采用默认设置【WholeBoard】。RuleAttributes(布线属性)：用于设定拐角模式，包括拐角的样式(Style)和尺寸(Setback)。拐角样式有【90Degrees】、【45Degrees】和【Rounded】3种，如后面图所示。第36页/共70页第37页/共70页④设置布线的工作层面(RoutingLayers)。该项用于设置布线的工作层面以及各个布线层面上的走线的方式。在如“Routing”图所示的对话框中，选中【RulesClasses】选项列表框中【RoutingLayers】选项，然后单击按钮即可进入布线工作层面，如下图。第38页/共70页该对话框主要分为两大部分：Rulescope(布线范围)：用于设定本规则适用的范围，这里采用默认设置【WholeBoard】。RuleAttributes(布线属性)：用于设定布线层面和各个层面的布线方向。各层面后下拉列表框中的布线方向共有以下选择：不使用(NotUsed)、水平方向(Horizontal)、垂直方向(Vertical)、任意方向(Any)、1点钟方向(1)、2点钟方向(2)、4点钟方向(4)、5点钟方向(5)、向上45°方向(45Up)、向下45°方向(45Down)、散开方式(FanOut)。由于这里进行的是单面板的制作，仅用到底层(BottomLayer)布线。因此，这里仅将底层(BottomLayer)布线。因此，这里仅将底层的布线方向设为任意方向(Any)，其他信号设为不使用(NotUsed)。⑤设置布线的优先级(RoutingPriority)。布线优先级是指程序允许用户设定各个网络布线的顺序，优先级高的网络布线早，优先级低的网络布线晚，Protel99提供了0~100共101种优先级选择，数字0代表的优先级最低，100代表的最高，选中【RulesClasses】选项列表框中【RoutingPriority】选项，然后单击按钮即可进入布线优先级(RoutingPriority)参数设置对话框，如下图。第39页/共70页第40页/共70页RuleAttributes(布线属性)：用于设定所选对象的布线，这里选择设置对象为默认状态【WholeBoard】，优先级为默认值“0”。设置完成后如前面图所示，单击“OK”按钮确认即可，随后将回到上一级对话框。该对话框主要分为两大部分：Rulescope(布线范围)：用于设定优先级的对象范围，包括【WholeBoard】、【NetClass】、【NetFrom-toClass】、【From-to】等，用户可以在下拉列表框中进行选择。例如用户可以从【Filterkind】中选择【Net】，然后在【Net】中选择具体网络，从而对某一个具体网络设定优先级，如下图左所示，还可以单击左图中的标签，从而增添新的设定对象，如右图。第41页/共70页⑥设置布线拓扑结构(RoutingTopology)。该项主要用于定义管脚到管脚(PinToPin)之间布线规则，如下图。

选中【RulesClasses】选项列表框中的【RoutingTopology】选项，然后单击按钮即可进入布线拓扑结构(RoutingTopology)参数设置对话框，如下图所示。这里采用系统默认设置，即范围为整个电路板(WholeBoard)，属性参数为线长最短(Shortest)，如下图所示，然后单击“OK”按钮确认即可回到上一级对话框。第42页/共70页第43页/共70页⑦设置过孔形式(RoutingViaStyle)。该项用于定义各层之间过孔的类型和有关尺寸，如下图。选中【RulesClasses】选项列表框中的【RoutingViaStyle】选项，然后单击按钮即可进入过孔形式(RoutingViaStyle)参数设置对话框，如下图所示。该对话框主要分为两大部分：Rulescope(范围)：用于选择规则适用的范围，一般设置为整个电路板【WholeBoard】。RuleAttributes(属性)：用于选择过孔的类型和尺寸，这里将过孔类型(Style)设置为通孔(ThroughHole)，过孔外径(ViaDiameter)设定为“50mil”。过孔孔径(ViaHoleSize)设定为“28mil”

。第44页/共70页第45页/共70页⑧设置布线宽度(WidthConstraint)。该项用于定义布线时导线宽度的最大和最小允许值，如下图。选中【RulesClasses】选项列表框中的【WidthConstraint】选项，然后单击按钮即可进入布线宽度(WidthConstraint)参数设置对话框，如下图所示。这里均采用默认设置，即范围为整电路板(WholeBoard)，最小宽度(MinimumWidth)为10mil，最大宽度(MaximumWidth)为10mil。第46页/共70页第47页/共70页(3)自动布线器(Autorouter)参数设定

执行菜单命令【AutoRouting】/【Setup】，进入自动布线器设置对话框，如下图所示，该对话框用于设置布线过程中的某些规则，这里选中【Memory】选项，即采用内存模式的布线策略。在布线格点(RoutingGird)选项中将格点值设置为“20.0000”。对于其他各项这里不作详述。第48页/共70页2.自动布线

执行菜单命令【AutoRouting】/【All】，程序即开始对整个电路板进行自动布线。几秒钟后，布线工作即可完成，刷新画面，以便清除地显示自动布线的结果，自动布线后的电路板如下图所示。(1)全局布线(All)第49页/共70页

对指定的网络进行自动布线。指定元件U1第16引脚所属的网络对其进行自动布线，具体操作如下：①执行菜单命令【AutoRouting】/【Net】，光标变成十字形状，单击元件U1的第16引脚，弹出如下图所示的菜单，菜单的内容是对该引脚的有关描述，从中选择【Connection(VCC)】选项确定所要自动布线的网络。(2)指定网络布线②指定布线网络后，程序就会开始进行自动布线，布线结果如下图。第50页/共70页③对该网络自动布线结束后，程序仍处于指定网络布线命令状态。用户可以继续选定其他网络进行自动布线。单击鼠标右键即可退出当前的命令状态。用户也可以在命令状态下，直接单击所要进行布线的网络中的预拉线，程序即可对该网络进行自动布线第51页/共70页(3)指定两连接点之间布线

用户可以指定两连接点，使程序只对这两个点之间的连线进行自动布线。指定元件U1第1引脚和元件E1第1引脚之间连线进行自动布线，具体操作步骤如下：①执行菜单命令【AutoRouting】/【Connection】，光标变成十字形状。将光标移动到元件U1第1引脚和元件E1第1引脚之间的预拉线上，单击，程序便开始对两个连接点之间的连线进行自动布线。布线后结果如下图所示。②

自动布线结束后，程序仍处于指定两连接点之间布线的命令状态，用户可以继续选定其他连接点之间的连线进行自动布线。第52页/共70页(4)指定元件布线

用户可以指定某个元件，使程序只对与该元件相连的网络进行自动布线，下面指定元件E3进行自动布线，具体操作如下①执行菜单命令【AutoRouting】/【Component】，光标变成十字形状。将光标移动到元件E3进行自动布线，布线后结果如下图所示。②

自动布线结束后，程序仍处于指定元件布线的命令状态，用户可以继续选定其他元件进行自动布线。第53页/共70页(5)指定区域布线

用户可以指定特定区域进行自动布线，程序自动布线的范围仅限于该区域内，下面对包括元件E3和E5的区域进行自动布线，具体操作如下：①执行菜单命令【AutoRouting】/【Area】，光标变成十字形状。单击确定矩形区域对角线的一个顶点，然后移动鼠标到适当位置，再次单击确定矩形区域对角线的另一个定点，这样就选定了布线区域，如下图所示。第54页/共70页②

选定自动布线区域后，程序就开始对该区域进行自动布线，布线结果如下图所示。第55页/共70页(6)其他相关命令菜单命令【AutoRouting】中与自动布线有关的其他命令如下。【Stop】：终止自动布线。【Pause】：暂停自动布线。【Restart】：重新开始自动布线，该命令与【Pause】命令配合使用。

这里采用全局自动布线方式，自动布线后的印制电路板如下图所示，尽管自动布线简便、快捷、但是用户也不难发现，自动布线的结果中有很多不尽人意或不合理的地方，这主要是由于程序算法的限制所致，因此，用户有必要在自动布线的基础上对印制电路板进行手工调整。第56页/共70页六、手工调整

印制电路板的元件布局和布线工作都可以利用程序自动完成。但是其结果往往有很多不令人满意的地方，需要设计人员进行手工调整。由于程序算法的限制，用户只能预先设置一些基本的规则，因此元件自动布局和自动布线不可能十全十美，更不可能完全满足用户的全部设计要求。

印制电路板的的设计与其说是一项工作，不如说是一种艺术创作。艺术创作的过程中，人是各种奇妙构思和灵感的源泉，这时任何机器或程序无法做到的。手工调整就是一个充分发挥设计人员才能的过程，他需要设计人员的技术和经验积累，并不是简单的修修补补，对于用户在安装、抗干扰、小型化等方面的要求，程序往往无法做到，必须由设计人员对元件位置、线宽、走线方式等进行手工调整，另外往往还要人为地在印制电路板上加上各种注释、标志甚至特殊的图案等。手工调整没什么固定规则，主要是按照用户要求，根据设计人员在实际工作中积累的经验，通过一定的技巧来完成，手工调整的水平绝非程序自动布线所能比的，但这也非一朝一夕所能达到的，需要设计人员长期实践经验积累。第57页/共70页1.调整布线

从下图的自动布线中可以看出有些走线拐弯太多或是怪直角弯，例如元件U1第16引脚、E3第2引脚和E4第1引脚之间的走线。这可能会产生干扰信号从而对电路造成不良影响，另外还影响了电路的美观，因此需要对这些地方加以调整。第58页/共70页(1)拆除原有布线。执行菜单命令【Edit】/【Delete】或按快捷键“E/D”

删除要拆除的导线，结果如下图所示。第59页/共70页(2)手工布线。单击放置工具栏(PlacementTools)中的按钮或执行菜单命令【Place】/【Track】，然后手工将上述3个元件引脚连接起来，结果如下图所示。第60页/共70页按照上述方法调整其他布线结果如下图所示。第61页/共70页2.增加信号输入/输出接口