北邮社电子线路教学资源包课件

电子线路CAD单元九实际PCB设计学习情境一单面板设计实例学习情境二双面板设计实例单元九实际PCB设计知识目标掌握从原理图绘制到最终生成PCB的基本方法和技巧。技能目标掌握绘制原理图的方法；掌握创建元件符号的方法；掌握创建元件封装的方法；掌握PCB设计中布局、布线的方法；掌握印刷电路板图与原理图网络的比较方法。相关描述本单元将从实际电路的设计和制作流程描述一个电路的完整设计过程，使读者能系统地认识PCB设计。单元九实际PCB设计设计如图9-1所示电路的电路板。要求设计为单面板。禁止布线层边框尺寸为2080mil×1280mil。电源线、地线铜膜导线的宽度为50mil，一般布线宽度为25mil。图9-1555应用电路原理图学习情境一单面板设计实例学习情境一单面板设计实例在设计前应首先分析电路结构和组成，最好能分析电路的工作原理或基本功能，这样能在绘制原理图时合理安排电路的布局。1.设计前的准备学习情境一单面板设计实例启动ProtelDXP，创建项目文件，命名为“555应用电路.PrjPCB”，选择保存路径。2.创建项目文件学习情境一单面板设计实例3.新建配置文件并绘制原理图创建原理图文件，命名为“555应用电路.SchDoc”。添加所需的元件库，在绘图窗口中绘制原理图。在本例单面板制作中，由于电路原理图元件符号都可以在MiscellaneousDevices.lib元件库中找到，所以无须建立原理图库文件和绘制元器件符号。学习情境一单面板设计实例4.创建元件封装库文件并绘制元件封装符号创建一个PCB元件封装库文件Mypcb.PcbLib。进入元件封装编辑窗口，依据事先用面包板测量好的C1、CT的引脚间距为100mil；引脚直径用卡尺测量为0.4mm，则引脚孔径小于0.6mm；焊盘直径不小于（0.6+1.3）mm。将以上各参数换算为英制，确定封装参数为：元件引脚间距为100mil，引脚孔径为23mil，焊盘直径为75mil，元件轮廓为矩形。这些参数与系统提供的电容封装RAD0.1的参数近似，所以可以打开Advpcb.ddb元件封装库，找到电容封装RAD0.1，将其复制到自己新建的元件封装库中，并将孔径改为23mil，焊盘直径改为75mil，元件封装名称改为RAD0.1_1即可。学习情境一单面板设计实例图9-2电容C1、CT的封装符号学习情境一单面板设计实例在生成网络表前，一定要进行电气规则检查，如果有错应及时修改，然后保存。5.电气规则检查学习情境一单面板设计实例填入原理图中各元件的封装，注意自己创建的元器件的封装（RAD0.1_1）不要填错。生成电路图的网络表文件“555应用电路.NET”。6.创建网格表学习情境一单面板设计实例7.创建PCB文件创建一个PCB文件。进入PCB编辑环境后，将工作层切换到禁止布线层，绘制2080mil×1280mil的矩形边框，如图9-3所示。图9-3禁止布线边框学习情境一单面板设计实例加载自己创建的元件封装库和PCB设计中需要的封装库。8.加载元件封装库学习情境一单面板设计实例9.装载网格表导入网络表文件“555应用电路.NET”。若无错误，则生成无错误网络宏，可将元件封装和连接关系装入PCB文件中，如图9-4所示。图9-4PCB中导入的元件学习情境一单面板设计实例元件布局的合理性将直接影响到布线工作能否完成，同时也涉及电路能否正常工作和电路的抗干扰性等问题。既要保证电路功能和性能指标的实现，又要满足工艺性、检测、维修方面的要求，同时还要适当兼顾美观性，如元件排列整齐、疏密得当等。布局时应注意要按照飞线的指示摆放元件，尽量减少飞线的交叉。元件之间的连线尽量短，调整好布局后将元件的标注隐藏等。10.元件布局学习情境一单面板设计实例图9-5综合考虑调整后的元件布局学习情境一单面板设计实例在布线前要对布线规则进行设置。要求设计为单面板，在BottomLayer（底层）布线。将TopLayer设置为NotUsed，BottomLayer设置为Any。本例中GND、VCC线需要将线宽设置为40mil，其他走线设置为20mil。本例中元器件较少，可以按照飞线的指示手工布线。因为是单面板，所有走线都在BottomLayer，TopLayer只用来放置元器件。11.元件布线学习情境一单面板设计实例图9-6布线完成效果图学习情境一单面板设计实例12.印制电路板图与原理图网络的比较（1）根据印制电路板图产生网络表文件，该网络表的文件名为“Generated555应用电路.NET”。（2）打开原理图文件“555应用电路.SchLib”，选择根据原理图产生的网络表文件“555应用电路.NET”，再选择根据印制电路板图产生的网络表文件“Generated555应用电路.NET”，系统将产生网络表比较文件“555应用电路.Rep”，此网络表比较文件的内容如图9-7所示。学习情境一单面板设计实例图9-7网络表比较文件的内容学习情境一单面板设计实例学习情境二双面板设计实例对于较复杂的电路，其设计难度较大，用单面板就显得力不从心，所以要用到双面板。双面板是指在电路板的两面都可以布线，需要连接的而不在同一层面上的线可以利用过孔连接，这样交叉的线路可以在不同的板层通过而互不接触。双面板布线与单面板布线相比，更方便、简洁，应用也更广泛。双面板只是多出一个布线层面，其余工作与单面板类似。以下的双面板实例将重点说明与单面板的不同之处。图9-8数码显示板电路原理图学习情境二双面板设计实例学习情境二双面板设计实例1.准备分析电路的工作原理。学习情境二双面板设计实例2.创建项目文件启动ProtelDXP，创建项目文件，命名为“数码显示板电路.PrjPCB”，选择保存路径。学习情境二双面板设计实例3.创建原理图文件启动ProtelDXP，创建项目文件，命名为“数码显示板电路.PrjPCB”，选择保存路径。学习情境二双面板设计实例创建原理图库文件Schlib1.SchLib，在该文件中绘制数码管元件符号（本例中也可以直接从系统库中找到REDCA元件，为了表现设计过程的完整性，按要求自制元件）。具体绘制时可以用系统提供的原理图元件库MiscellaneousDevices.IntLib中的DPY_7SEG_DP符号进行修改。应注意引脚的电气特性，除了GND引脚的电气特性选择Power外，其余均选择无源引脚（Passive）。4.创建原理图库文件学习情境二双面板设计实例将修改过的元器件命名为REDCA并保存，图9-9所示为数码管修改前后的比较。图9-9数码管修改前后的比较学习情境二双面板设计实例5.创建PCB元件封装库文件新建的PCB元件封装库文件命名为Pcblib1.PcbLib。在该文件中绘制元件REDCA的封装符号，该封装符号中焊盘尺寸为：X尺寸为70mil，Y尺寸为35mil，通孔孔径为35mil，其余尺寸如图9-10所示。注意在绘制完封装符号后要设置元件封装的参考点。封装符号命名为SHUMAGUAN并保存。图9-10数码管封装图学习情境二双面板设计实例6.绘制原理图每个原理图元件都应该正确设置封装，元件DS1~DS4的封装应为SHUMAGUAN。学习情境二双面板设计实例7.电气规则检查在生成网络表前，进行电气规则检查，如果有错误应及时修改，然后保存。学习情境二双面板设计实例8.生成网格表文件生成网络表文件“数码显示板电路.NET”。学习情境二双面板设计实例9.创建PCB文件将PCB文件命名为“数码显示板电路.PcbDoc”。加载自己创建的元件封装库所在的数据库文件和PCB设计中需要的元件封装库Advpcb.pcb。在禁止布线层绘制电气边界为6020mil×2000mil的矩形边框。学习情境二双面板设计实例10.装入网格表装入网络表文件“数码显示板电路.NET”，结果如图9-11所示。图9-11装入网络表后的结果学习情境二双面板设计实例11.元件布局执行自动布局命令，并根据原理图手工调整布局，结果如图9-12所示。图9-12布局效果图学习情境二双面板设计实例12.工作层设置信号层中顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）设定为打开状态，其余各层处于不使用状态。丝印层（SilkscreenLayers）中只需打开顶层丝印层，其他层面（Others）中打开禁止布线层（Keep-OutLayer）和多层（Multi-Layer）。学习情境二双面板设计实例13.自动布线首先，对布线规则进行设置。安全间距（ClearanceConstraint）、布线拐角（RoutingCorners）、布线优先级（RoutingPriority）、布线拓扑（RoutingTopology）等均按系统默认。下面重点说明布线层（RoutingLayers）及布线宽度（WidthConstraint）的设置。（1）布线层规则规定了布线工作层和各层走线方向。本例中设计的是双面板，系统默认为TopLayer（顶层）采用水平布线，BottomLayer（底层）采用垂直布线的双面板设置，因此这一步可以省略。学习情境二双面板设计实例（2）布线宽度规则设置。将线路中电源线及地线宽度设定为20mil，一般信号线宽度设定为10mil。执行AutoRoute→All命令，在弹出的AutorouterSetup对话框中将RoutingGrid设置为20mil，单击“确定”按钮，开始自动布线工作。布线完毕，系统会提示布线完毕并给出布线信息。图9-13自动布线后的PCB学习情境二双面板设计实例14.印制电路板图与原理图网络的比较操作步骤与本单元学习情景一类似，在此不再赘述。图9-14所示为网络表比较文件“数码显示板电路.Rep”的部分内容，这里略去了两个网络表中互相匹配的网络。图9-14“数码显示板电路.Rep”的部分内容学习情境二双面板设计实例15.设计规则检查为了了解自动布线的结果是否满足设定的布线要求，还可以利用检测功能进行检测。执行“工具”→“设计规则检查”命令，在弹出的“设计规则检查器”对话框中进行设置，如图9-15所示。图9-15“设计规则检查器”对话框学习情境二双面板设计实例设计规则检查结果分为两种。一种是报表（Report）输出，可以产生检测的结果报表；另一种是在线检测（OnLine），是在布线的过程中对布线规则进行检测。设计规则检查包括安全间距检测、走线宽度检测、电路走线是否符合最短规则检测、对没有布线的网络进行检测等。设定报表检测选项后，单击对话框左下角的“运行设计规则检查”按钮，开始运行设计规则检查，会产生一个检查结果报表，其内容如图9-16所示。学习情境二双面板设计实例图9-16检查结果报表学习情境二双面板设计实例（1）表头包括检查时间、电路板名称、所