基于ProtelDXP的印制電路板設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、基于Protel DXP的印制電路板設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)工科組 張平娃摘要:Protel DXP是進(jìn)行印制電路板(PBC)設(shè)計(jì)的重要工具。原理圖設(shè)計(jì)工作主要包括電路板規(guī)劃、元器件的選擇、布局和連線,構(gòu)成了制版的基礎(chǔ)內(nèi)容。為了測(cè)試設(shè)計(jì)結(jié)果需要進(jìn)行了電路仿真分析。最后,本文簡(jiǎn)略闡述了制版的工藝流程及需注意的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞: Protel DXP; 印制電路板;設(shè)計(jì);制版 前言電路設(shè)計(jì)的最終目的是生產(chǎn)制作電子產(chǎn)品,各種電子產(chǎn)品的使用功能與物理結(jié)構(gòu)都是通過(guò)印制電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。印制電路板(PCB)是電子設(shè)備中的重要部件之一,其設(shè)計(jì)和制造是影響電子設(shè)備的質(zhì)量、成本的基本因素之一。因此,印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)質(zhì)量直

2、接影響著電子產(chǎn)品的性能。2002年7月底由Altium公司發(fā)布的Protel DXP電路設(shè)計(jì)軟件,由于其良好的操作性等優(yōu)點(diǎn)已成為電路設(shè)計(jì)者的新寵。本文以Protel DXP為設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)PCB板主要設(shè)計(jì)步驟及其內(nèi)容進(jìn)行了分析,以提高電路板備板的制作效率及可靠性。 一.原理圖設(shè)計(jì) 原理圖設(shè)計(jì)是整個(gè)Protel工程的開(kāi)始,是PCB文檔設(shè)計(jì)乃至最后制版的基礎(chǔ)。一般設(shè)計(jì)程序是:首先根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度確定圖紙的大小,即建立工作平面;然后從元器件庫(kù)中取出所需元件放到工作面上,并給它們編號(hào)、對(duì)其封裝進(jìn)行定義和設(shè)定;最后利用Protel DXP提供的工具指令進(jìn)行布線,將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導(dǎo)線

3、、符號(hào)連接起來(lái),對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行信號(hào)完整性分析,確保整個(gè)電路無(wú)誤。 1. 電路板規(guī)劃 電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結(jié)構(gòu),包括信號(hào)層、內(nèi)部電源/接地層、機(jī)械層等。通過(guò)執(zhí)行菜單命令DesignBoard Layers,在打開(kāi)的對(duì)話框中可以控制各層的顯示與否,以及層的顏色等屬性設(shè)置。如果不是利用PCB向?qū)?lái)創(chuàng)建一個(gè)電路板文件的話,就要自己定義PCB的形狀和尺寸。繪制時(shí)需單擊工作窗口底部的層標(biāo)簽,再由PlaceKeepout 命令來(lái)單獨(dú)定義。該操作步驟實(shí)際上就是在Keep Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個(gè)封閉的多邊形,而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實(shí)際印制電路板的大小。 2.

4、 元器件的選擇 對(duì)元器件的選擇要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求。在Protel DXP軟件中,常用的分立元件和接插件都在軟件分目錄Library 下Miscellaneous Device. Intlib和Miscellaneous Connectors. Intlib 兩個(gè)集成元件庫(kù)中。其它的元件主要按元器件生產(chǎn)廠商進(jìn)行分類,提供了型號(hào)豐富的集成庫(kù)。但是有時(shí)候出于個(gè)人設(shè)計(jì)的需要,設(shè)計(jì)者無(wú)法在庫(kù)文件中找到完全匹配的元器件,此時(shí)就只有通過(guò)制作工具繪制所需元器件。需要注意的是,繪制元件時(shí)一般元件均放置在第四象限,象限交點(diǎn)即為元件基準(zhǔn)點(diǎn)。 3.元器件的布局 Protel DXP 提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布局功能,在預(yù)放置

5、元件鎖定的情況下,可用自動(dòng)布局放置其他元件。執(zhí)行命令ToolsAuto PlacementAuto Placer,在Auto Place 對(duì)話框中選擇自動(dòng)布局器。Protel DXP提供兩種自動(dòng)布局工具:Cluster Placer 自動(dòng)布局器使用元件簇算法,將元件依據(jù)連接分為簇,考慮元件的幾何形狀,用幾何學(xué)方法布放簇,這種算法適用于少于100 個(gè)元件的情況;Global Placer 自動(dòng)元件布局器使用基于人工智能的模擬退火算法,分析整個(gè)設(shè)計(jì)圖形,考慮線長(zhǎng)、連線密度等,采用統(tǒng)計(jì)算法,適用于更多元件數(shù)量的板圖。自動(dòng)布局較方便,但產(chǎn)生的板并不是最佳方案,仍需要手工調(diào)整。 3.元器件的連線 連線很

6、講究原則和技巧,走線應(yīng)盡量美觀、簡(jiǎn)潔。一些設(shè)計(jì)人員在初期使用Protel DXP進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),只在表象上將元件連起,而出現(xiàn)“虛點(diǎn)”。導(dǎo)致在生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表時(shí)出錯(cuò)。好的設(shè)計(jì)習(xí)慣是打開(kāi)電氣網(wǎng)絡(luò),使連線可以輕松連接到一個(gè)不在捕獲網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)體;打開(kāi)在線DRC,監(jiān)控布線過(guò)程,違反規(guī)則的設(shè)計(jì)被立即顯示出來(lái)。完成預(yù)布線后,為了在自動(dòng)布線時(shí)保持不變,需要對(duì)預(yù)布線鎖定。打開(kāi)菜單EditFind Similar Objects,選擇要鎖定的對(duì)象。自動(dòng)布線與交互式布線相結(jié)合可以很好地提高布線成功率和效率。自動(dòng)布線的結(jié)果為手工調(diào)整提供參考。 二.電路仿真分析 所謂仿真是指在計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件來(lái)模擬具體電路的實(shí)際工作過(guò)程,并計(jì)

7、算出在給定條件下電路中各關(guān)鍵點(diǎn)的輸出波形。電路的仿真是否成功取決于電路原理圖、元器件模型的仿真屬性、電路的網(wǎng)表結(jié)構(gòu)以及仿真設(shè)置等因素。仿真時(shí)首先通過(guò)Analyses setup對(duì)話框設(shè)置仿真方式并制定要顯示的數(shù)據(jù)。該軟件提供了解種分析仿真方式,包括直流工作點(diǎn)、直流掃描、交流小信號(hào)、瞬態(tài)過(guò)程、噪聲、傳輸函數(shù)、參數(shù)掃描等。設(shè)置好仿真環(huán)境后單擊OK按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行電路仿真并顯示分析結(jié)果。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析,設(shè)計(jì)者可以對(duì)電路進(jìn)行合理的調(diào)整,直到完全滿意。最后將設(shè)計(jì)好的原理圖通過(guò)打印輸出,以供制版使用。 三.制版工藝流程 1.雙面制板工藝流程(簡(jiǎn)述) 電路設(shè)計(jì)覆箔板下料表面處理打印電路圖熱轉(zhuǎn)印補(bǔ)缺

8、腐刻(浸泡在1:4FeCl3溶液中腐刻)去膜涂助焊、防氧化劑 鉆孔焊接元件檢查調(diào)試 檢驗(yàn)包裝成品。 2.雙面制板工藝流程(簡(jiǎn)述) 雙面覆銅板下料裁板數(shù)控鉆導(dǎo)通孔檢驗(yàn)、去毛刺刷洗化學(xué)鍍(導(dǎo)通孔金屬化) (全板電鍍薄銅) 檢驗(yàn)刷洗網(wǎng)印負(fù)性電路圖形、固化(干膜或濕膜、曝光、顯影) 檢驗(yàn)、修板線路圖形電鍍電鍍錫(抗蝕鎳/金) 去印料(感光膜) 蝕刻銅(退錫) 清潔刷洗網(wǎng)印阻焊圖形常用熱固化綠油(貼感光干膜或濕膜、曝光、顯影、熱固化,常用感光熱固化綠油) 清洗、干燥網(wǎng)印標(biāo)記字符圖形、固化(噴錫或有機(jī)保焊膜) 外形加工清洗、干燥電氣通斷檢測(cè)檢驗(yàn)包裝成品。其詳細(xì)說(shuō)明這里不再贅述。 3.需要注意的問(wèn)題 在初次表面處理時(shí),需要用P240-320之間的水沙紙打磨覆銅表面,去除表面的氧化層。并且用5%FeCl3溶液浸泡1分鐘,以增強(qiáng)印墨的粘敷力。腐刻溶液的溫度最好在25左右。助防氧化劑是把松香按照:10的體積比,放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。鉆孔時(shí),按所裝元件腳的直徑+0.2mm,選擇最接近標(biāo)稱值的鉆頭。 四.結(jié)束語(yǔ) 在集成電路不斷發(fā)展的時(shí)代,計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)(CAD)突飛猛進(jìn)。熟練掌握Protel DXP軟件,將極大提高電子線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。但要設(shè)計(jì)和制作出一塊優(yōu)良的PBC板,還需要不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。因此,廣大電子工程設(shè)計(jì)