EDA技術(shù)PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)PCB手工布線修改PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1EDA技術(shù)技術(shù)PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)PCB手工布線修手工布線修改改2 印制電路板，簡稱PCB (Printed Circuit Board)，是通過一定的制作工藝，在絕緣度非常高的基材上覆蓋上一層導(dǎo)電性能良好的銅薄膜構(gòu)成覆銅板，然后根據(jù)具體的PCB圖的要求，在覆銅板上蝕刻出PCB圖上的導(dǎo)線，并鉆出印制板安裝定位孔以及焊盤和過孔。第1頁/共66頁3 按照在一塊板上導(dǎo)電圖形的層數(shù)，印制電路板可分為以下3類。 （1）單面板 一面敷銅，另一面沒有敷銅的電路板。單面板只能在敷銅的一面布線，其特點(diǎn)是成本低，但僅適用于比較簡單的電路設(shè)計(jì)。 第2頁/共66頁4（2）雙面板 雙面板包括頂層(Top La

2、yer)和底層 (Bottom Layer)兩層，兩面敷銅，中間為絕緣層，兩面均可以布線，一般需要由過孔或焊盤連通。由于兩面均可以布線，對比較復(fù)雜的電路，其布線的布通率比單面板的高，所以它是目前采用最廣泛的電路板結(jié)構(gòu)。第3頁/共66頁5（3）多層板 多層板一般指3層以上的電路板。它在雙面板的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)部電源層、接地層及多個(gè)中間信號層。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電路的集成度越來越高，多層板的應(yīng)用也越來越廣泛。但由于多層電路板的層數(shù)增加，給加工工藝帶來了難度，同時(shí)制作成本也很高。SMD表面貼裝器件(Surface Mounted Devices) 第4頁/共66頁6第5頁/共66頁72. 焊盤（

3、 Pad） 焊盤的作用是放置焊錫、連接導(dǎo)線和元件的引腳。Protel99SE在封裝庫中給出了一系列不同形狀和大小的焊盤，如圓形、方形、八角形等。 根據(jù)元件封裝的類型，焊盤分為插針式和表面貼裝式兩種，其中插針式焊盤必須鉆孔，而表面貼裝式無需鉆孔。（常見焊盤的形狀與尺寸）第6頁/共66頁8 3. 過孔 （Via） 對于雙層板和多層板，各信號層之間是絕緣的，需在各信號層有連接關(guān)系的導(dǎo)線的交匯處鉆一個(gè)孔，并在鉆孔后的基材壁上淀積金屬，以實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)電層之間的電氣連接，這種孔稱為過孔 。 過孔有三種，分別是從頂層貫通到底層的穿透式過孔、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過孔及內(nèi)層間的掩埋式過孔。（過孔的尺

4、寸與類型）第7頁/共66頁94. 銅模導(dǎo)線 （Track） 印制電路板上，在焊盤與焊盤之間起電氣連接作用的是銅膜導(dǎo)線，簡稱導(dǎo)線 ，是印制電路板最重要的部分。它也可以通過過孔把一個(gè)導(dǎo)電層和另一個(gè)導(dǎo)電層連接起來。印制電路板設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來進(jìn)行的。第8頁/共66頁105.飛線 在PCB設(shè)計(jì)過程中，還有一種與導(dǎo)線有關(guān)的線，常稱為飛線或預(yù)拉線。飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，用來指引系統(tǒng)自動布線的一種連線。飛線與銅膜導(dǎo)線有本質(zhì)的區(qū)別：飛線只是一種形式上的連線。它只是形式上表示出各個(gè)焊盤間的連接關(guān)系，沒有電氣的連接意義。銅膜導(dǎo)線則是根據(jù)飛線指示的焊盤間的連接關(guān)系而布置的，是具有電氣連接

5、意義的連接線路。第9頁/共66頁118.安全間距（Clearance） 在進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊盤及元件的相互干擾，必須在它們之間留出一定的間距，這個(gè)間距稱為安全間距。 第10頁/共66頁129. 絲印層(Silkscreen TopBottom Overlay) 為方便電路的安裝和維修，在印制板的上下兩表面印上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等，例如元器件標(biāo)號和參數(shù)、元器件輪廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等，這就稱為絲印層。第11頁/共66頁1310. 元件封裝 (Footprint) 電路原理圖中的元件使用的是實(shí)際元件的電氣符號；PCB設(shè)計(jì)中用到的元件則是使用實(shí)際元件的封裝 。元

6、件的封裝由元件的投影輪廓、引腳對應(yīng)的焊盤、元件標(biāo)號和標(biāo)注字符等組成。不同的元件可以共用同一個(gè)元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝。第12頁/共66頁147.2.1 啟動PCB99SE編輯器1. 在Document文件夾下，執(zhí)行FileNew。第13頁/共66頁15PCB管理器網(wǎng)絡(luò)瀏覽器節(jié)點(diǎn)瀏覽器監(jiān)視器當(dāng)前工作層工作層選擇工作區(qū)2. 雙擊新建的文件圖標(biāo)，進(jìn)入PCB編輯器第14頁/共66頁16 在PCB99SE中，窗口管理可以執(zhí)行菜單View下的命令實(shí)現(xiàn)，窗口的排列可以通過執(zhí)行Windows菜單下的命令來實(shí)現(xiàn)，常用的命令如下： 執(zhí)行菜單【View】/【Fit Board】可以實(shí)現(xiàn)全板顯示，用戶可以

7、快捷地查找線路。 執(zhí)行菜單【View】/【Refresh】可以刷新畫面，操作中造成的畫面殘缺可以消除。 執(zhí)行菜單【View】/【Board in 3D】可以顯示整個(gè)印制板的3D模型，一般在電路布局或布線完畢，使用該功能觀察元件的布局或布線是否合理。第15頁/共66頁17 PCB99SE 坐標(biāo)系 PCB99SE的工作區(qū)是一個(gè)二維坐標(biāo)系，其絕對原點(diǎn)位于電路板圖的左下角，一般在工作區(qū)的左下角附近設(shè)計(jì)印制板。 執(zhí)行EditOriginSet，可自定義新的坐標(biāo)原點(diǎn)； 執(zhí)行EditOriginReset，可恢復(fù)到絕對坐標(biāo)原點(diǎn)。 單位制設(shè)置 執(zhí)行View Toggle Units 可實(shí)現(xiàn)公制(mm)和英制(

8、mil)單位的切換第16頁/共66頁18打開文檔選項(xiàng)對話框：u 工作區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇快捷鍵【Options】/【Board Options】u 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Options】 第17頁/共66頁19 一般情況下，Keep Out Layer、Multi Layer必須設(shè)置為打開狀態(tài)，其它各層根據(jù)所要設(shè)計(jì)PCB的層數(shù)設(shè)置。如設(shè)計(jì)單面板時(shí)還必須將Bottom Layer、Top Overlay設(shè)置為打開狀態(tài)。設(shè)置工作層面絲印層信號層阻焊層系統(tǒng)層內(nèi)部電源/接地層機(jī)械層其他層已經(jīng)用到的工作層面處于打開狀態(tài)錯(cuò)誤層飛線焊盤通孔層過孔通孔層第18頁/共66頁20設(shè)置柵格X/Y方向上捕捉

9、柵格參數(shù)X/Y方向上元件移動單位距離打開/關(guān)閉電氣柵格捕捉功能電氣捕捉范圍可視柵格樣式Dots/Lines 計(jì)量單位設(shè)置，【Metric】(公制)和【Imperial】(英制)， 選取【Metric】第19頁/共66頁21中心捕捉命令擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)角度光標(biāo)樣式自動滾屏導(dǎo)線隨著元件一起移動設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)對話框選擇菜單命令【Tools】/【Preferences】第20頁/共66頁22第21頁/共66頁23 手工設(shè)計(jì)PCB是用戶直接在PCB軟件中根據(jù)原理圖進(jìn)行手工放置元件、焊盤、過孔等，并進(jìn)行線路連接的操作過程 設(shè)置元件庫，規(guī)劃印制電路板。 放置元件、焊盤、過孔等圖件。 元件布局。 手工布線。 電路調(diào)整

10、以下采用圖8-1所示單管放大電路為例介紹手工布線方法。 第22頁/共66頁24 在PCB99SE中，封裝庫文件在Design Explorer 99SELibraryPcb目錄下，常用的封裝庫是Generic Footprint文件夾下的Advpcb.ddb。第23頁/共66頁25載入元件封裝庫第24頁/共66頁26 電路板的邊界規(guī)劃包括物理邊界規(guī)劃和電氣邊界規(guī)劃。其中，物理邊界用來定義電路板的物理外形，電氣邊界用來限定布線范圍和元器件放置的區(qū)域。 電氣邊界是通過在禁止布線層(KeepoutLayer)繪制邊界來實(shí)現(xiàn)的。通常只需要設(shè)置電氣邊界。l 手動繪制電氣邊界l 利用向?qū)гO(shè)置板框第25頁/

11、共66頁27 執(zhí)行ViewToggle Units，設(shè)置單位制為公制Metric。 設(shè)置當(dāng)前工作層設(shè)置為Keep Out Layer。 執(zhí)行PlaceLine放置連線，一般從工作區(qū)的左下角開始，繪制一個(gè)閉合PCB邊框，以此邊框作為電路板的尺寸，如圖8-3所示。此后，放置元件和布線都要在此邊框內(nèi)部進(jìn)行。第26頁/共66頁28技巧一1. 設(shè)定當(dāng)前的工作層面為KeepOutLayer(禁止布線層)。2. 轉(zhuǎn)換度量單位為Metric(公制單位)。【View】/【Toggle Units】3. 選擇命令【Place】/【Line】，拖動鼠標(biāo)繪制一段水平線。4. 設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)。選擇命令【Edit】/【Or

12、igin】/【Set】，將鼠標(biāo)移到剛畫好的邊界線的起點(diǎn)，單擊鼠標(biāo)左鍵確定新設(shè)置的坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)。5. 雙擊導(dǎo)線，彈出【Track】(導(dǎo)線屬性)對話框，在【End-X】 (導(dǎo)線終點(diǎn)X坐標(biāo))輸入相應(yīng)的值。6. 以相同的方法繪制其他邊界。手工規(guī)劃電路板尺寸技巧第27頁/共66頁29 (3)同樣方法繪制好其他連線。 用這種快捷鍵的方法比用移動光標(biāo)的方法最突出的優(yōu)點(diǎn)是定位準(zhǔn)確，頂點(diǎn)可靠閉合。技巧二第28頁/共66頁301. 執(zhí)行命令【File】/【New】2. WizardsPrinted Circuit Board Wizard新建文檔向?qū)υ捒蛞坏?9頁/共66頁31選擇印制電路板模板自定義電路

13、模板板框線層尺寸標(biāo)注層板框線寬尺寸線寬實(shí)際電路與邊緣的距離矩形圓形自定義切角內(nèi)孔設(shè)置印制電路板的相關(guān)參數(shù)第30頁/共66頁32過孔電鍍過孔不電鍍添加內(nèi)層電源/接地層數(shù)雙層板四層板六層板八層板設(shè)置信號層的層數(shù)等參數(shù)通孔(雙層板)盲孔和埋孔(多層板)設(shè)置過孔類型第31頁/共66頁33表面貼裝元件插針式元件是否兩面放置元件印制電路板主要元件類型設(shè)置布線技術(shù)相鄰兩焊盤之間穿過導(dǎo)線的數(shù)目第32頁/共66頁34最小導(dǎo)線寬度最小過孔外徑最小過孔內(nèi)徑最小導(dǎo)線間距設(shè)置最小尺寸限制模板名稱模板描述文字保存為模板文件第33頁/共66頁35向?qū)ЫY(jié)束利用向?qū)刹⒁?guī)劃好的印制電路板第34頁/共66頁36u 從元件封裝庫

14、中直接放置u 通過菜單命令Place Component放置元件u 通過工具欄按鈕 放置元件第35頁/共66頁37從元件封裝庫中直接放置1.選擇元件封裝庫2.選擇元件封裝3.單擊放置通過菜單命令放置第36頁/共66頁38元件封裝屬性設(shè)置設(shè)置元件封裝屬性 設(shè)置元件封裝的屬性，只要雙擊該元件封裝，或者在元件封裝處于放置狀態(tài)時(shí)，按下“Tab”鍵。第37頁/共66頁39u Place-padu 通過工具欄按鈕 放置焊盤放置焊盤雙擊焊盤設(shè)置屬性設(shè)置焊盤的X軸尺寸設(shè)置焊盤的Y軸尺寸設(shè)置焊盤的形狀設(shè)置焊盤的編號設(shè)置焊盤的鉆孔大小設(shè)置焊盤所在層設(shè)置焊盤旋轉(zhuǎn)的角度第38頁/共66頁40過孔直徑鉆孔直徑起始層終止

15、層所在網(wǎng)絡(luò)u Place-Viau 通過工具欄按鈕 放置焊盤放置過孔雙擊過孔設(shè)置屬性第39頁/共66頁41第40頁/共66頁42流向原則：按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使信號盡可能保持一致的方向或者以每個(gè)功能電路的核心元件為中心來布局。最近相鄰原則：布局應(yīng)注意把有網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系的器件放在一起，最大可能地使互連最短。均布原則：元件盡可能均勻分布?？垢蓴_原則：數(shù)字元件和模擬元件盡可能遠(yuǎn)離；易受干擾的元件分開；去耦電容盡量靠近VCC等。熱效應(yīng)原則：發(fā)熱元件盡可能遠(yuǎn)離其他元件。8.4.1 印制板布局原則第41頁/共66頁43技巧：執(zhí)行Edit Jump Componet，可以快速定位元件。2

16、. 旋轉(zhuǎn)元件 ：水平翻轉(zhuǎn)； ：垂直翻轉(zhuǎn)； ：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。第42頁/共66頁44調(diào)好布局的3D預(yù)覽圖第43頁/共66頁45v連線精簡原則：盡可能使用短的導(dǎo)線。v安全載流原則：電流越大，銅膜導(dǎo)線越寬。v電磁抗干擾原則：避免直角拐彎；雙面板的導(dǎo)線避免平行等。v安全間距原則: 相鄰導(dǎo)線要留有一定安全距離。第44頁/共66頁46（b）u Place-Interactive Routingu 通過工具欄按鈕 繪制導(dǎo)線 在繪制導(dǎo)線過程中（已經(jīng)確定了導(dǎo)線起點(diǎn)，還未確定終點(diǎn)時(shí)）按“Tab”鍵，出現(xiàn)如圖（a）對話框，導(dǎo)線繪制完成后雙擊導(dǎo)線，出現(xiàn)如圖（b）對話框，均可設(shè)置導(dǎo)線屬性。（a）選擇層導(dǎo)線寬度過孔外徑過孔內(nèi)

17、徑第45頁/共66頁47任意角度轉(zhuǎn)折 90度轉(zhuǎn)折 圓弧角轉(zhuǎn)折1/4圓弧轉(zhuǎn)折 45度轉(zhuǎn)折 弧線轉(zhuǎn)折 第46頁/共66頁48 不同板層上的布線 對于雙面板或多層板的連線，如果線條在走線時(shí)被同一層的另一個(gè)線條所阻擋，在被阻擋前可通過過孔連接，其孔壁的金屬轉(zhuǎn)到另一層來繼續(xù)走線。 電源線和地線的加寬u 在繪制好的電源線或地線上雙擊，修改導(dǎo)線寬度；u 在正在繪制電源線或地線時(shí)，按下“Tab”鍵，修改寬度。第47頁/共66頁49 元件封裝是指與實(shí)際元件形狀和大小相同的投影符號。Protel 99 SE 提供了大量元件的元件封裝，但由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一些新元件不斷出現(xiàn)，這些新元件的元件封裝在元件封裝庫中

18、無法找到，解決這個(gè)問題的方法就是利用Protel 99 SE 的元件封裝庫編輯器制作新的元件封裝。u 元件封裝庫編輯器u 制作新元件封裝u 元件封裝庫的管理第48頁/共66頁50雙擊打開打開一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，然后執(zhí)行菜單命令“FileNew”第49頁/共66頁51元件封裝庫編輯器菜單欄主工具欄放置工具欄元件封裝管理器工作區(qū)第50頁/共66頁52 手工繪制方式一般用于不規(guī)則的或不通用的元件設(shè)計(jì)。 在制作新元件封裝前，先要了解實(shí)際元件的有關(guān)參數(shù)，如實(shí)際元件的外形輪廓和尺寸等。 下面以制作一個(gè)如圖所示的元件封裝為例來說明元件封裝的制作方法。該元件封裝的有關(guān)參數(shù)是：焊盤外徑為50mil，內(nèi)徑為30mil

19、，焊盤垂直間距為100mil，水平間距為300mil，外形輪廓長為200mil，寬為200mil，圓弧半徑為25mil，焊盤與輪廓邊沿距離為50mil。第51頁/共66頁53（1）新建或打開一個(gè)元件封裝庫文件。（2）新建元件封裝。單擊元件封裝管理器中的“Add”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“ToolsNew Componet”。單擊新建的元件封裝第52頁/共66頁54（4） 放置焊盤。執(zhí)行菜單命令“PlacePad”，在放置焊盤前，按“Tab”鍵，設(shè)置焊盤屬性。外徑尺寸焊盤形狀焊盤標(biāo)號內(nèi)徑尺寸所在層面 將第一個(gè)焊盤放置在工作區(qū)的十字形中心，并使用菜單命令“EditSet Reference”將該焊盤作

20、為參考點(diǎn)，通過窗口底部狀態(tài)欄的光標(biāo)坐標(biāo)來確定其他焊盤的位置。注：焊盤標(biāo)號應(yīng)按逆時(shí)針排列。第53頁/共66頁55（5）繪制元件外形輪廓的半圓部分。執(zhí)行菜單命令“PlaceArc（Center）”或使用工具欄按鈕，在工作區(qū)任意繪制一段圓弧，然后雙擊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。圓心橫坐標(biāo)圓心縱坐標(biāo)半徑起始角度終止角度第54頁/共66頁56（6） 繪制元件外形輪廓的方形部分。執(zhí)行菜單命令“PlaceTrack”，繪制過程中如果導(dǎo)線拐角不是直角，可通過連續(xù)按下“Shift+Space”鍵切換。例如：在半圓弧的基礎(chǔ)上再繪制一個(gè)變長為200mil的正方形。通過導(dǎo)線的屬性設(shè)置起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。（7）元件封裝的改名與保存。新建

21、元件封裝時(shí)，系統(tǒng)會自動給它命名，若要重命名，需在元件封裝庫管理器中選中該元件，在單擊下方的“Rename”重命名。最后將繪制好的元件封裝保存即可。第55頁/共66頁57 除了可利用手工方式制作元件封裝外，Protel 99 SE 還提供了元件封裝生成向?qū)碇谱髟庋b。 下面仍以制作前述的元件封裝為例來說明。（1）打開或新建一個(gè)元件封裝庫文件。（2）單擊元件封裝庫管理器中的“Add”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“ToolsNew Component”，出現(xiàn)如下的元件制作向?qū)υ捒?，單擊“Next”按鈕，開始制作新元件封裝。8.6.3 利用向?qū)е谱髟庋b第56頁/共66頁58（3） 進(jìn)入如圖所示的對話框，提供了12中元件封裝形式。BAG球柵陣列封裝球柵陣列封裝Diodes二極管封裝二極管封裝Edge Connectors連接器封裝連接器封裝PGA引腳網(wǎng)格陣列封裝引腳網(wǎng)格陣列封裝Resistor電阻封裝電阻封裝SPGA交錯(cuò)引腳網(wǎng)格陣列封裝交錯(cuò)引腳網(wǎng)格陣列封裝Capacitors電容封裝電容封裝SBGA交錯(cuò)球柵網(wǎng)格陣列封裝交錯(cuò)球柵網(wǎng)格陣列封裝DIP雙列直插封裝雙列直插封裝LCC無引線芯片載體封裝無引線芯片