EDA课件-双面板制作

第七课

双面板的设计(二)双面板在板子的两面都可布线，中间利用过孔连接，这样交叉的线路可以在不同的板层通过而互不接通。所以，在线密度容许的情况下，双面板上可以布下各种线路。同单面板相比，双面板的应用更加广泛，它具有布线方便、简洁的特点，同样的电路，使用双面板线路长度更短，劳动强度更小。所以，在目前电路板制作中，使用最普遍的就是双面板。本节主要内容绘制原理图并生成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一、绘制原理图与生成网络表

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路为例制作一块印制电路板:生成的网络表文件如下图所示:二、规划电路板1.在打开的设计管理器文件中点击【File】/【New】命令即可打开【NewDocument】对话框。在该对话框中用鼠标左键双击PCBDocument图标。即可建立一个新的PCB文档，默认文件名为“PCB1.PCB”。双击该文档即可启动如下图所示编辑器。2.在板层切换标签中单击KeepOutLayer标签进入KeepOutLayer板层编辑界面。3.单击PCB设计工具栏中设置相对原点的按钮，光标在合适位置点击鼠标即可完成相对原点的设置。4.单击PCB设计工具栏中的按钮或者按钮，绘制边界线。5.双击绘制好的每条边界线，弹出“Track属性”对话框，在对话框中设置线宽、开始的位置坐标，结束的位置坐标等，按边框具体形状、大小等要求绘制出如下图所示的外框。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。(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(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。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】/【LoadNetlist】，出现如下图所示的装入网络表对话框。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。(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。(3)确认所装入的网络表正确后，单击对话框中的(运行)按钮，完成网络表与元件的装入过程。最后结果如下图所示。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】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer】，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：(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。布局后的结果如下图所示：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。整个调整过程类似于前面章节中的操作，重新布局的最后结果如下图所示。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。对于显示工作层面的设定，前面已经做了详细的说明。由于这里谈的是双面板的制作，信号层(SignalLayers)涉及到底层(BottomLayer)和顶层(TopLayer)，所以信号层选定底层和顶层，显示工作层面的设置状态如下图所示。布线规则主要是指对走线的宽度、线路拐角的模式、线与线之间的安全距离、过孔类型等提出的要求。详细的设定步骤可参照前面的叙述，这里仅做简单回顾：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。2.设置布线规则安全间距容许值(ClearanceConstant)：在布线之前，需要定义同一层任意两个图元之间的最小距离，即安全距离。此项的确定依赖于布线的经验，本节例子取允许值为“10mil”。布线拐角模式(RoutingCorners)：根据电路板的需要，这里将该电路板上的布线拐角模式定义为45º角模式。布线层的确定(RoutingLayers)：对于双面板，一般将顶层(TopLayer)布线设定为沿垂直方向，而将底层设定为沿水平方向。布线优先级(RoutingPriority)：在这里将布线的优先级设定为“0”。布线原则(RoutingTopology)：一般情况下，确定一条网络的走线方式是以布线的总长度和为最短作为设计原则的。过孔的类型(RoutingViaStyle)：对于过孔类型，应该对电源/接地线与信号线分别对待。这里要求【ViaStyle】为通孔(ThroughHole)。所有线路的要求孔径参数是孔径(HoleSize)为“28mil”，宽度(Width)为“50mil”。对走线宽度的要求(WidthConstraint)：在本节例子中，将走线宽度设为“10mil”。3.自动布线自动布线只需执行菜单上的【AutoRoute】/【All】命令即可，Protel会自动完成其他的工作。所以最重要的是准备工作，只有布线规则设计的合理，自动布线才能100%成功，本例自动布线后的结果如下图所示。在Protel99中，完全利用自动布线一般是不可能完全完成任务的，即使自动布线的成功率为100%，线路中也会存在许多不令人满意的地方，因此，必须通过手动布线来进行调整，达到电路板的完美无缺。为了达到详细说明问题的效果，这里从例子中找到一些有缺点的部分，放大后予以具体分析，掌握自动布线的一般缺点。自动布线的主要缺点：它最大的缺点就是布线时的拐角太多，许多连线往往舍近求远，拐了一个大弯再转回来。对此，这里的方法就是直接短接，并去掉多余的部分；还有一个毛病，就是导线虽然大于安全距离，但部分连线从引脚之间穿过，焊接元件时容易造成短路，这部分导线也要进行手工修整。六、手工调整1.调整布线①由于这条导线处于顶层，所以在调整之前，应该选择当前工作层为顶层(TopLayer)。虽然不是必须这么做，但这样调整导线更好些，请注意养成这种好习惯。②选择不需要的导线，按“Delete”键删除不必要的导线，下面移动留下的导线到适当位置。

(1)如下图所示，在顶层的连线上，导线穿过了一个引脚后，再绕回来，走了许多不必要的弯路，下面对其进行修改。③修改导线所在的层面，拉伸两段导线到适当位置，同时缩短需要连接的两条导线，最后加上通孔连接两条不同层面的线，即大功告成，如下图所示。最后的修改结果如下图所示：

(2)再举个例子，下图所示为两条引线在连接到引脚1时，系统自行连接后再引到1引脚上，这种布置方法很有问题，应该把两段导线分别与引脚相接，这样才能保证电流的均匀分配。2.加宽电源/接地线

为了提高电路的抗干扰能力，增强系统的可靠性，往往需要将电源/接地线加宽，这一点在模拟电路或数字/模拟混合中尤为重要。一般至少要将电源/接地线宽度增加到普通信号线宽度的3倍以上，对于一些电流较大的线路，为了减少导线电阻往往也需要进行加宽。(1)将光标移动到电源线或地线上，双击。(2)在出现的导线(Track)属性对话框中重新设定线宽(Width)。这里将线宽设为“30mil”，然后单击按钮即可进入整体修改对话框。在对话框中将【AttributesToMatchBy】功能区中的【Net】选项设为【Same】，在【CopyAttributes】功能区选中【Width】选项，如下图所示，然后单击“OK”按钮即可。3.铺铜

铺铜是指在电路板的空白处铺满铜膜，铺铜的目的是提高电路板的抗干扰能力，通常将铜膜接电源、接地，作为电源和地线的扩展。铺铜必须在电路板调整完成后进行。铺