基于Protel-DXP印刷电路板设计

基于ProtelDXP印刷电路板设计摘要：通过设计高压断路器内参数检测主控电路板原理图和PCB图，论述了利用Protel

DXP软件设计印刷电路板的技术，介绍了Protel

DXP设计印刷电路板的过程，指出了Protel

DXP

2004作为较新版本所具有的一些优点，分析了在原理图设计和印刷电路板设计过程中常出现的问题，给出了根据实际电路设计如何防止和解决这些问题的方法，总结了Protel

DXP在设计印制电路板中的一些设计方法和技巧，为初学者正确高效率设计印刷电路板提供了一条有效的途径。关键词：ProtelDXP2004原理图设计PCB设计电磁兼容Abstract：ThroughthedesigninhighvoltagecircuitbreakerparameterexaminationmastercontrolcircuitprinciplediagramandPCBfigure,discussestheuseofProtelDXPsoftwaredesignprintedcircuitboardoftechnology.IntroducesthedesignofProtelDXPprintedcircuitboardprocess,andpointsoutthattheProtelDXPasanewversionisthesomeadvantages.Inthisdiagramdesignandprintingcircuitboarddesignprocesshadbeentotheproblems,andgiventhepracticalcircuitdesignaccordingtohowtoavoidandwaystosolvetheseproblems.SummarizedinprintedcircuitboarddesignProtelDXPsomeofthedesignmethodsandtechniquesforbeginnerstocorrecthighefficiencyofprintedcircuitboarddesignprovidesaneffectiveway.Keywords：ProtelDXPSchematicdesignPCBEMC引言ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的工程模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。DXP继承了Protel系列产品的优点，与Protel99SE相比它在许多方面均有大幅度提高。DXP工程级集成管理双向同步，自带错误检查，文件比拟，多功能输出配置，比拟器引擎保证了源文件和目标文件PCB文件之间的完全同步，消除了原来版本同步困难的问题。DXP增加了新的可定制设计环境功能，包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。本文以ProteIDXP为设计工具．从原理图设计和PCB设计两大模块分析和探讨ProtelDXP软件的功能，为正确高效率设计印制电路板提供了有效的途径。下面就根据电路板设计流程进行介绍。1电路板设计流程框图为了清晰地了解ProtelDXP的使用，首先介绍其流程框图(如图1)。一般对于一个电路板工程的设计来说是先进行原理图的设计，在原理图设计完成之后再生成PCB(当然有少数比拟简单的电路也可以直接进行PCB的设计)，最后在PCB布线完成之后导出制作电路板的CAM文件。图1电路板设计流程图下面以断路器内参数检测主控电路的设计来说明ProtelDXP在电路设计中的应用。2电路原理图设计电路原理图的设计是整个电路板设计的根底，其最根本的要求是正确性，只有设计正确的原理图才能生成一块具有指定功能的印制电路板，其次是布局合理，最后在是正确性和布局合理的前提下力求美观。根据以上所述的电路原理图设计步骤。断路器内参数检测主控电路原理圈设计过程如下：2．1新建一个设计工程〔*.PrjPCB〕进入ProtelDXP设计环境，选择File/PCBProject命令，然后选择File/SaveProjectAs命令将新建的工程文件进行保存，并命名为“断路器内参数检测.PrjPCB〞。2．2新建原理图文件选择File/New/Schematic选项，在刚刚新建的工程中新建原理图然后选择File/SaveSchematicAs命令将新建的原理图文件进行保存，并命名为“断路器内参数检测.SCHDOC〞。进入Design/Documentoptions选项设置原理图图纸参数〔包括原理图大小设置，边框和显示属性设置和标题栏设置〕。2．3加载系统元件库ProtelDXP提供了丰富的元件库，在［Libraries］面板中加载所需元件库，他还增加了图形显示的功能，从元件库管理面板上能够同时查看到元件的原理图和封装形式。对于初学者来说，普遍加载MiscellaneousDevices.IntLib〔通用元件库〕和MiscellaneousConnectors.IntLib〔通用插件库〕这两个元件库就根本够用。根据实际电路，在所加载的元件库中找出所需元件〔在查找之前，一定确认库工作区面板的过滤栏为空，不然查找到的结果将无法表现在元件清单中〕。放置在原理图中，在放置元件时要依据元件之间的走线和设计总体调整元件位置。假设有特殊需要，可以利用Search功能，在其他库中搜索想要的元件原理图。2．4自制元件库假设所需元器件在库中无现成可用或对于一些所需特殊的元器件，那么需进行元器件的制作可以选择File\New\SchematicLibrary选项，进入原理图文件编辑器绘制符合要求的元件库，本例中ZIGBEE插槽〔如图2〕DXP库中就没有，需要自己绘制。在绘制电器元件的图形时，应具有全局整体观点，尽量减少绘图时问，并使每个图形符号大小适中、比例恰当、协调美观。图2ZIGBEE插槽元件图绘制原理图元器件时必需注意一下几点：1〕绘制元器件一定在第四象限且一定要紧靠原点，不然在放置时就会相当麻烦，在绘制整个过程中注意元件大小及引脚的尺寸和它们的比例。由于原理图编辑区和元件编辑区网格大小不一，假设不注意尺寸比例，绘制的元器件大概在原理图中出现表现过大或过小的情形。2〕放置引脚时注意要把有电气节点的一端放置在外〔远离元件标记方向〕。3〕每一个引脚都要独立编号，原理图的元器件标记与元器件封装的对应关系，是经过元理图标记引脚的序号与元器件封装的焊盘序号之间对应创立起来。4〕新建的元件库中可以包含任意多个元器件，可经过单击SCHLibrary工作面板的ADD命令进行加载。切勿一个元件占用一个元件库，不然占用系统空间，造成资源浪费。2．5原理图布线将放置好的元器件各管脚用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有用户所设计的电气连接关系。其有直接连线和网络连线2种方式。简单的电路宜采用直接连线方式，连线最好一次画完，而对于复杂的电路多采用网络方式，其网络标号最好放在被编辑管脚端点引出的端线上通过直接连线和网络标号完成电路原理图的连线。在进行设计原理图时，不能有器件放在图纸外，否那么生成PCB时会出现错误。2．6原理图编辑、调整和检查利用ProtelDXP所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。同时对元件的编号、封装进行定义和设定等。在DXP中可以选择智能化电气规那么检测(ERC)对画的电路原理图进行电气规那么检查。执行Project/CompileAllProject系统生成信息报告，在Messages栏中可以看到警告和错误的信息,做进一步的调整和修改，确定无误后自动生成PCB。经过以上的步骤，完成了断路器内参数检测主控电路的电路原理图的设计。电路原理图见附录。3印刷电路板的设计PCB电路板设计的一般原那么包括：电路板的选用、电路板尺寸、元件布局、布线、焊盘、填充、跨接线等。电路设计的最终日的是为了设计出电子产品．而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。ProtelDXP为设计者提供了一个完整的电路板设汁环境，使电路设计更加方便有效。该设计中ProtelDXP设计印刷电路板过程如下：3．1建立PCB文件(*.PCBDOC)在前面新建的设计工程中，建立印制电路板PCB文件。选择File/New/PCB命令，启动PCB编辑器。选择适宜的保存路径并输入“断路器内参数检测主控电路.PcbDoc〞保存。3．2PCB的大小及形状，设置参数设置其长宽=120*80(mm)，采用标准矩形，设置物理和电气边界分别在Mechanical和Keep—Outlayer层用直线工具绘制物理边界和电气边界(必须设置电气边界，否那么后面无法进行自动布线和铺铜)，大小与电路板的边界相同。3．3封装库制作对于一些所需特殊的元器件的封装或DXP不存在的封装库，就必须自制该元件的封装库。与制作元件库类似，选择File＼New＼PCBLibrary，进入PCB库文件编辑器就可进行封装库的制作。元件的封装可以用手工绘制也可以用向导绘制，首先要知道元件的外形尺寸和引脚间尺寸和外形和引脚间的尺寸，这些尺寸供给商提供的资料中可以查到，假设查找不到，要应用千分尺进行测量，测量后的尺寸是公制单位，换算成以mil为单位的尺寸〔可以取1cm＝400mil，1mm＝40mil〕。

注意：要严格的保证原理图元件标记中的引脚属性与封装模型中的焊盘的属性一致，由于PCB中的封装与原理图中的元件标记不一样，原理图中的元件标记只是一种表现标记罢了，不要求其外形与实际的元器件一定一致。可是PCB中的封装要与元器件实物大小和形状相符合，以满足电路板的装配要求。图3为自制的SIM卡槽封装库3．4更新生成PCB在完成原理图设计和元件封装设计后就可以通过原理图生成印刷电路板PCB。与以前版本相比，ProtelDXP的同步化程度更高，支持自然的非线性设计流程一一双向设计同步。采用设计同步器更新目标PCB电路板，用户可以不必生成网络表文件，实现原理图向PCB板图的转化可以通过单击原理图编辑器内的PCB设计同步器按钮Design／UpdatePCB，直接实现网络和元件的装入。类似地，PCB电路板设计过程中，通过印刷电路板编辑器，单击按钮Design／UpdataSchematics更新电路原理图。更新生成PCB后，将原理图中的器件导入PCB中,并用鼠标拖动器件进行合理的布局。3．5元器件布局对于PCB设计，布局和布线是最为关键的一步。与设计原理图放置元件的位置最好从左上角开始不同，设计印制电路板(PCB)时，放置元件的位置最好从左下角开始。根据产品接口元器件或有特殊要求的位置，确定有关元器件的位置，如本例中的SIM卡和SD卡插槽，其插口必须朝外且靠边〔如图4〕，对于同一功能块的元器件应该尽量放置在一起，如本例中键盘模块〔图5〕、AD模块〔图6〕、GM8125模块〔图7〕、语音模块〔图8〕、GSM模块〔图9〕等，大体积的元件〔如单片机芯片和SIM卡〕宜先确定其位置。时钟电路应远离输入信号等敏感电路，发热元件应远离关键IC等。布局上的技术性问题主要靠电路专业知识作为根底，特别是集成度较高、较复杂的电路板尤为突出。布局应当从机械结构、散热、电磁干扰、布线方便等方面进行综合考虑。图4SD卡插槽和SIM卡插槽图5键盘模块图6AD模块图7GM8125模块图8语音模块图9GSM模块ProtelDXPPCB编辑器提供两种自动布局工具：ClusterPlacer自动布局器使用元件簇算法，将元件依据连接分为簇，考虑元件的几何形状，用几何学方法布放簇；GlobalPlacer自动元件布局器使用基于人工智能的模拟退火算法，分析整个设计图形，考虑线长连线密度等，采用统计算法，适用于更多元件数量的板图。布局规那么

主要以手工布局为主，一般依照以下规那么：

1〕遵照电路功能布局：尽量遵照原理图对元件进行布局，信号从左边进入右边输出，从上边输入下边输出。遵照电路流程，安排好各个功能电路单元的位置，保持信号流畅通畅，方向一致。2〕有上下电压的电路中，要尽量将高压别离放置，且保证平安间距，以免放电引起短路3〕针对核心电路进行布局：元件安排需要均匀、整齐、紧凑。数字电路局部要与模拟电路局部分开布局。

4〕尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰5〕电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，以方便调节为准；重量大的元器件应该有支架固定，然后焊接，重量太大的元件不宜安置在电路板上；元件离电路板边沿的距离应在3mm以上。6〕注意散热对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，热敏元件应远离发热元件7〕元件放置的次序：首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，比方电源插座、指示灯、开关和连接插件等；再放置特殊元件，比方发热元件、变压器、集成电路等；最后放置小元件，比方电阻、电容二极管等。8〕应留出印制电路板的定位孔和固定支架所占的位置3．6布线布线是将逻辑连接转换为物理连接的过程，这些物理连接包括：连线、过孔、焊盘、弧线、填充、多边形覆铜和电源层等。ProtelDXP提供了手工布线和自动布线两种，由于现在PCB板设计越来越复杂高密度，往往对一些有特殊要求的连线，需要预先手工布放，自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率，自动布线结束后，往往存在令人不满意之处，需要手动调整。合理的布线长度和宽度是PCB进行EMC设计的关键。如果自动布线能够到达100%或者90%以上说明元件的布局根本合理，手工修改调整走线也不会有太多的障碍。在布线之前，必须先设定布线规那么(RoutingRules)。布线规那么一般依照如下规那么：

1〕输入和输出的导线应尽量防止相邻平行，最好添加线间地线，以免发生反应耦合。2〕铜膜导线应尽大概短，特别在高频电路中。铜膜导线的拐弯处应为圆角或钝角，直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线需要相互垂直、斜交或弯曲走线，防止相互平行，以减少寄生电容。

3〕导线间距，相邻铜膜线之间的间距需要满足电气平安要求。最小间距至少可以承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距需要尽大概的大。4〕印制电路板导线拐弯一般取圆弧形，直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能，在双面布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，防止相互平行，以减少寄生电容。5〕电源、地线的处理。在进行电源和地线的处理，主要应从怎么样最大限度的降低噪声干扰方面来考虑。可以在电源、地线之间加上去耦电容，去耦电容应尽量与电源直接连接；尽量加宽电源、地线宽度以减小环路电阻，它们之间的宽度的关系是：地线>电源线>信号线，普遍信号线宽度为12mil，电源线不低于18mil，地线一般大于20mil为宜；可以采用大面积铜层做地线，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接做为地，设计中可以让用“覆铜〞操纵完成；电源线和地线的走向尽量与数据传递方向一致，有助于增强抗噪声本领。本例中电路板大面积覆地，以减少对PIC和GSM的干扰。3．7提升布线通过过率在进行布线时，常常会发现“布通率〞达不到100％，有的信号线无法布完，特别是对高密度的单面板。下面总结了几点提升布通率的方法：

1〕布局合理。好的布局会使布线很容易完成。

2〕尽量小选择集成度高的元器件。随着电子技术的开展，很多功能可以经过集成芯片完成。

3〕注意平安间距的设置要合理。用户可以针对不用网络〔网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而到达资源共享和通信的目的〕采用设置不一样平安间距的方法。

4〕布线实在不通时可以采用跳线的方法。3．8手工凋整自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方。可以手工调整．把电路板设计得尽善尽美。印刷电路板图见附录。4使用DXP过程中的考前须知1〕使用ProtelDXP进行新元件编辑时，不能用导线代替元件引脚，且每一个引脚都应命有自己的名称。2〕使用ProtelDXP进行新元件编辑时，在为元件添加引脚时，一定注意引脚的方向，电气连接点向外。3〕使用ProtelDXP进行原理图绘制时，导线的起始点一定要设置在元件的引脚上。4〕原理图符号与元器件封装的对应关系，是通过原理图符号引脚的序号与元器件封装的焊盘序号之间一一对应建立起来的，二者的序号应相同。5〕使用ProtelDXP进行自动生成印刷电路板时，必须将原理图文件和印刷电路板文件同时链接到同一个工程Project文件下，这样才能进行双向同步设计。6〕使用ProtelDXP进行自动生成印刷电路板时，必须先将印刷电路板文件保存，软件才能进行自动布局等操作。7〕使用ProtelDXP进行自动布线前，所有的元件都必须放置到电路板的电气边界内，否那么会影响布线的布通率。8〕使用ProtelDXP进行自动布线时，不能进行单面板布线，却总出现双面板布线这是因为虽然在Design\BoardLayers中仅设定一层，但这一设置只是决定显示哪一层，如要决定设计单面板，必须设置Design\Rules\Routing\RoutingLayers中的选项，将不使用层都设置为NotUsed，将使用的那一层设置为Any。5结语随着微电子技术的开展，电路设计日益复杂，除了完善电路原理图的设计，PCB布局，印刷电路板在实际系统中的影响也必须考虑。DXP以其强大的功能、完全集成的设计环境及良好的开放性，为印刷电路板设计工作提供了有效的途径。现在总结了应用DXP的局部设计方法和本领，在实际应用中还有很多，会在以后的应用中不停地探索和分析。运用这些本领和原那么，我们可以提升设计效率和质量。附录A快捷键1、设计浏览器快捷键：鼠标左击选择鼠标位置的文档鼠标双击编辑鼠标位置的文档鼠标右击显示相关的弹出菜单Ctrl+F4关闭当前文档Ctrl+Tab循环切换所翻开的文档Alt+F4关闭设计浏览器DXP2、原理图和PCB通用快捷键：Shift当自动平移时，快速平移Y放置元件时，上下翻转X放置元件时，左右翻转Shift+↑↓←→箭头方向以十个网格为增量，移动光标↑↓←→箭头方向以一个网格为增量，移动光标SpaceBar放弃屏幕刷新Esc退出当前命令End屏幕刷新Home以光标为中心刷新屏幕PageDown,Ctrl+鼠标滚轮以光标为中心缩小画面PageUp,Ctrl+鼠标滚轮以光标为中心防大画面鼠标滚轮上下移动画面Shift+鼠标滚轮左右移动画面Ctrl+Z撤销上一次操作Ctrl+Y重复上一次操作Ctrl+A选择全部Ctrl+S保存当前文档Ctrl+C复制Ctrl+X剪切Ctrl+V粘贴Ctrl+R复制并重复粘贴选中的对象Delete删除V+D显示整个文档V+F显示所有对象X+A取消所有选中的对象单击并按住鼠标右键显示滑动小手并移动画面点击鼠标左键选择对象点击鼠标右键显示弹出菜单，或取消当前命令右击鼠标并选择FindSimilar选择相同对象点击鼠标左键并按住拖动选择区域内部对象点击并按住鼠标左键选择光标所在的对象并移动双击鼠标左键编辑对象Shift+点击鼠标左键选择或取消选择TAB编辑正在放置对象的属性Shift+C去除当前过滤的对象Shift+F可选择与之相同的对象Y弹出快速查询菜单F11翻开或关闭Inspector面板F12翻开或关闭List面板3、原理图快捷键：Alt在水平和垂直线上限制对象移动空格键(Spacebar)放置对象时旋转90度空格键(Spacebar)放置电线、总线、多边形线时激活开始/结束模式Shift+空格键(Spacebar)放置电线,总线,多边形线时切换放置模式退格建(Backspace)放置电线、总线、边形线时删除最后一个拐角点击并按住鼠标左键+Delete除所选中线的拐角点击并按住鼠标左键+Insert选中的线处增加拐角Ctrl+点击并拖动鼠标左键拖动选中的对象4、PCB快捷键：Shift+R