印制電路板的設(shè)計 (2)課件

第5章

印制電路板的設(shè)計5.1印制電路板的設(shè)計步驟5.2創(chuàng)建PCB圖文件5.3裝載元件庫5.4設(shè)置電路板工作層面5.5規(guī)劃電路板5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件5.8自動布線5.9給電路板添加標(biāo)注5.10三維視圖5.11PCB圖的打印輸出5.12PCB圖的報表生成5.1印制電路板的設(shè)計步驟 設(shè)計印制電路板的大致步驟可以用下面的流程圖圖5-1來表示。

圖5-1印制電路板的設(shè)計步驟

雙擊該對話框中的【PCBDocument】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個新的印制板電路圖文件，默認(rèn)的文件名為“PCB1.PCB”。在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上單擊、或在設(shè)計瀏覽器中該文件的文件名上雙擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入如圖5-3所示的印制電路板編輯器。

5.4設(shè)置電路板工作層面5.4.1有關(guān)電路板的幾個基本概念 銅膜線：簡稱導(dǎo)線，是敷銅經(jīng)腐蝕后形成的用于連接各個焊點的導(dǎo)線。印刷電路板的設(shè)計都是圍繞如何布置導(dǎo)線來完成的。 焊盤、過孔：焊盤（Pad）的作用是放置、連接導(dǎo)線和元件引腳。過孔（Via）的主要作用是實現(xiàn)不同板層間的電氣連接。過孔主要有3種。 穿透式過孔（Through）：從頂層一直打到底層的過孔。半盲孔（Blind）：從頂層遇到某個中間層的過孔，或者是從某個中間層通到底層的過孔。盲孔（Buried）：只在中間層之間導(dǎo)通，而沒有穿透到頂層或底層的過孔。 單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，敷銅的一面用來布線及焊接，另一面放置元件。單面板成本低，但只適用于比較簡單的電路設(shè)計。 雙面板：電路板的兩面都敷銅，所以兩面都可以布線和放置元件，頂面和底面之間的電氣連接是靠過孔實現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。 執(zhí)行菜單命令【View】/【ToggleUnits】就能實現(xiàn)這兩種單位之間的相互轉(zhuǎn)換。也可以按快捷鍵Q進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后工作區(qū)坐標(biāo)的單位和其他長度信息的單位都會轉(zhuǎn)換為mm（或mil）。 安全間距：進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計時，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊點及元件的相互干擾，必須使它們之間留出一定的距離，這個距離稱之為安全間距（Clearance）。5.4.2工作層面的類型 Protel99SE提供了若干不同類型的工作層面，包括信號層（Signallayers）、內(nèi)部電源/接地層（Internalplanelayers）、機械層（Mechanicallayers）、阻焊層（Soldermasklayers）、錫膏防護(hù)層（Pastemasklayers）、絲印層（Silkscreenlayers）、鉆孔位置層（DrillLayers）和其他工作層面（Others）。 下面介紹各工作層面的功能。1．信號層（Signallayers） 信號層主要是用來放置元件（頂層和底層）和導(dǎo)線的。

2．內(nèi)部電源/接地層（Internalplanelayers） 內(nèi)部電源/接地層主要用來放置電源線和地線。

5．錫膏防護(hù)層 （Pastemasklayers） 錫膏防護(hù)層的作用與阻焊層相似，但在使用“hotre-flow”（熱對流）技術(shù)安裝SMD元件時，錫膏防護(hù)層用來建立阻焊層的絲印。

6．絲印層（Silkscreenlayers） 絲印層主要用于繪制元件的輪廓、放置元件的編號或其他文本信息。

7．鉆孔層（Drilllayer） 鉆孔層主要是為制造電路板提供鉆孔信息，該層是自動計算的。Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing兩個鉆孔層。8．禁止布線層 （KeepOutLayer） 禁止布線層用于定義放置元件和布線區(qū)域的。

9．多層（Multilayers） 多層代表信號層，任何放置在多層上的元件會自動添加到所在信號層上，所以可以通過多層，將焊盤或穿透式過孔快速地放置到所有的信號層上。

5.4.3設(shè)置工作層面 設(shè)置方法可以執(zhí)行菜單命令【Design】/【Option】，出現(xiàn)【DocumentOption】對話框，選擇其中的【Layers】標(biāo)簽即可進(jìn)入工作層面設(shè)置對話框，如圖5-7所示。

進(jìn)入【Option】選項卡，結(jié)果如圖5-8所示。在該選項卡中可對【Grid】（柵格）、【ElectricalGrid】（電氣柵格）、【Measurement】（計量單位）等選項進(jìn)行設(shè)定。

1．設(shè)置信號層和內(nèi)部電源/接地層 執(zhí)行菜單命令【Design】/【LayerStackManager】，在屏幕上彈出如圖5-9所示的工作層面管理對話框。

2．設(shè)置Mechanicallayers 執(zhí)行菜單命令【Design】/【MechanicalLayers】，彈出如圖5-11所示的機械層設(shè)置對話框，單擊【Mechanical】復(fù)選框，可打開機械層，并可設(shè)置機械層名稱等參數(shù)。 設(shè)置完信號層、內(nèi)部電源/接地層和機械層后，設(shè)置工作層面對話框變?yōu)槿鐖D5-12所示。

5.5規(guī)劃電路板 所謂規(guī)劃電路板，就是根據(jù)電路的規(guī)模以及公司或制造商的要求，具體確定所需制作電路板的物理外形尺寸和電氣邊界。電路板規(guī)劃的原則是在滿足公司或制造商的要求的前提下，盡量美觀且便于后面的布線工作。 首先設(shè)定當(dāng)前的工作層面為【KeepOutLayer】。單擊下方的【KeepOutLayer】標(biāo)簽即可將當(dāng)前的工作層面切換到KeepOutLayer層面，如圖5-13所示。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。

5.6裝入網(wǎng)絡(luò)表與元件 規(guī)劃好電路板后，接著就是要裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件。網(wǎng)絡(luò)表和元件是同時裝入的。網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入過程，實際上就是將原理圖設(shè)計的數(shù)據(jù)裝入印制電路板的設(shè)計系統(tǒng)PCB的過程。

一、利用設(shè)計同步器裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件的具體操作步驟如下。 在原理圖編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【UpdatePCB】，出現(xiàn)如圖5-17所示的對話框。 二、利用原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表文件裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件。 生成網(wǎng)絡(luò)表的方法，可以在原理圖的設(shè)計的工作環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【CreateNetlist…】，可以看到隨后會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表文件“*.net”。 在利用網(wǎng)絡(luò)表文件裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件時，可以在PCB編輯器中執(zhí)行菜單命令【Design】/【LoadNets】，出現(xiàn)如圖5-22所示的裝入網(wǎng)絡(luò)表的對話框。

5.7元件布局5.7.1元件的自動布局 Protel99SE提供了強大的元件自動布局的功能，可以通過程序算法自動將元件分開，放置在規(guī)劃好的電路板電氣范圍內(nèi)。元件自動布局的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer…】，出現(xiàn)如圖5-27所示的對話框。

對話框中選項的定義如下。【CluserPlacer】： 成組布局方式?！維tatisticalPlacer】： 統(tǒng)計布局方式。【QuickComponentPlacement】： 快速元件布局。

【GroupComponents】：該選項的功能是將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中連接密切的元件歸為一組。排列時該組的元件將作為整體考慮，默認(rèn)狀態(tài)為選中。

【RotateComponent】：該選項的功能是根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接與排列的需要使元件或元件組旋轉(zhuǎn)方向。若未選中該選項則元件將按原始位置放置。默認(rèn)狀態(tài)為選中。

【PowerNets】：電源網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“VCC”。

【GroundNets】：接地網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“GND”。

【GridSize】：設(shè)置元件自動布局時格點的間距大小。

5.7.2元件的手工布局與調(diào)整 元件的布局要考慮以下幾個方面的問題。 （1）元件布局應(yīng)便于用戶的操作使用。 （2）盡量按照電路的功能布局。

（3）數(shù)字電路部分與模擬電路部分盡可能分開。 （4）特殊元件的布局要根據(jù)不同元件的特點進(jìn)行合理布局。

（5）應(yīng)留出電路板的安裝孔和支架孔以及其他有特殊安裝要求的元件的安裝位置等。

5.7.3元件標(biāo)注的調(diào)整 對元件進(jìn)行一系列的調(diào)整后，元件的標(biāo)注過于雜亂，影響了電路板的美觀。所以，需要對元件標(biāo)注進(jìn)行調(diào)整。 用戶可以對元件的標(biāo)注進(jìn)行移動、旋轉(zhuǎn)和編輯等操作。

5.8自動布線 自動布線是指Protel99SE程序根據(jù)用戶設(shè)定的有關(guān)布線參數(shù)和布線規(guī)則，按照一定的算法，依照網(wǎng)絡(luò)表所指定的連接關(guān)系，自動在各個元件之間進(jìn)行連線，從而完成印刷電路板的布線工作。

5.8.1網(wǎng)絡(luò)的分類 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Classes】打開網(wǎng)絡(luò)分類窗口，如圖5-35所示。 Net頁面用于網(wǎng)絡(luò)分類，Component頁面用于元件分類，F(xiàn)rom-To頁面用于點到點網(wǎng)絡(luò)的分類，Pad用于焊盤的分類。

Add：增加新的分類。 Edit：編輯已存在的分類。 Delete：刪除已存在的分類。 Select：按指定的分類選擇電路板圖中屬于該分類的對象。

5.8.2設(shè)置布線規(guī)則 在進(jìn)行自動布線之前，一項非常重要的工作就是根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定自動布線的參數(shù)。如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能導(dǎo)致自動布線失敗。

自動布線的參數(shù)包括布線層面、布線優(yōu)先級別、布線的寬度、布線的拐角模式、過孔孔徑類型、尺寸等，這些參數(shù)設(shè)定后，自動布線就會依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行自動布線。因此，自動布線的成敗在很大程度上與參數(shù)的設(shè)置有關(guān)。

1．設(shè)置布線寬度 （WidthConstraint）

在前面，已經(jīng)把網(wǎng)絡(luò)分成兩類：一類是電源線，另一類是信號線。在這里要把電源線的布線寬度設(shè)置為50mil，而信號線的布線寬度設(shè)置為15mil。

2．選擇布線工作層面（RoutingLayers） 在【Routing】選項卡中，選中【RulesClasses】選項列表框中的【RoutingLayers】選項，該項用于設(shè)置布線的工作層面以及各個布線層面上的走線的方向。此時出現(xiàn)如圖5-45所示的窗口。

3．設(shè)置布線優(yōu)先級別（RoutingPriority） 布線優(yōu)先級別，是指程序允許用戶設(shè)定各個網(wǎng)絡(luò)布線的順序。4．孔徑尺寸限制規(guī)則設(shè)置（HoleSizeConstraint） 在【DesignRules】窗口中，選擇【Manufacturing】選項卡。再從【RuleClass】欄中選擇【HoleSizeConstraint】選項，就會得到一個定義孔尺寸規(guī)則的對話框。單擊【Add…】按鈕進(jìn)入如圖5-47所示的對話框。5．自動布線器的參數(shù)設(shè)定 自動布線器的參數(shù)設(shè)定的方法，可以執(zhí)行菜單命令【AutoRouting】/【Setup】，進(jìn)入自動布線器設(shè)置對話框，如圖5-48所示。

對話框中的各項設(shè)置說明如下。1．RouterPasses選項區(qū)域 RouterPasses區(qū)域包含5個復(fù)選框。 【Memory】復(fù)選框：即采用內(nèi)存模式的布線策略。

【FanOutUsedSMDPins】復(fù)選框：適用于SMD焊盤，采用這種布線方案，將從SMD焊盤引出一段銅膜線，并在銅膜線未端放置一個過孔。 【Pattern】復(fù)選框：在自動布線過程中，該布線方案有多種算法，每種算法對應(yīng)一類模塊，是一種搜索式布線方法。 【ShapeRouter-PushandShove】復(fù)選框：推擠布線方式。

【ShapeRouter-RipUp】復(fù)選框：設(shè)置該項，能夠使布線器撤消發(fā)生間距沖突的走線，并重新布線以消除間距沖突。

2．ManufacturingPasses區(qū)域 該區(qū)域用于設(shè)置與制作電路板有關(guān)的自動布線方案，包含4個復(fù)選框。 【CleanUpDuringRouting】復(fù)選框：在布線期間對電路板上的連線和焊盤進(jìn)行整理。 【CleanAfterRouting】復(fù)選框：在布線完畢后對電路板上的連線和焊盤進(jìn)行整理。 【EvenlySpaceTracks】復(fù)選框：在焊盤之間均勻布線。 【AddTestpoints】復(fù)選框：在網(wǎng)絡(luò)上增加測試點。一般情況下不用設(shè)置測試點。3．Pre-Routes區(qū)域 該區(qū)域用于設(shè)置對預(yù)布線的處理方式。只有一個復(fù)選框。 【LockAllPre-Route】復(fù)選框：鎖定已有的布線。4．RoutingGrid 設(shè)置布線柵格大小，這里將柵格值設(shè)置為“20mil”。5.8.3自動布線 布線參數(shù)設(shè)置完畢后，就可以開始自動布線了。Protel99SE中自動布線的方式有很多，既可以進(jìn)行全局布線，也可以對用戶指定的區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)、元件甚至是連接進(jìn)行布線，用戶可以根據(jù)需要選擇最佳的方式。

5.8.4設(shè)計規(guī)則的檢測 自動布線的結(jié)果是否正確可能是自動布線結(jié)束后存在的一個疑問，本系統(tǒng)本身具備的檢測功能可以來解除這個疑問。 檢測的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令【Tools】/【DesignRuleCheck】，彈出如圖5-56所示的對話框，現(xiàn)在就可以設(shè)置一些參數(shù)了。

設(shè)計規(guī)則的檢測可以分為兩種結(jié)果：一種是報表（Report）輸出，可以產(chǎn)生檢測的結(jié)果報表；另一種是在線檢測（On-Line）工具，也就是在布線的過程中對布線規(guī)則進(jìn)行檢測，防止錯誤產(chǎn)生。

5.8.5電路板的手工修整1．調(diào)整布線2．增加信號輸入輸出接口3．加寬電源/接地線5.9給電路板添加標(biāo)注5.9.1標(biāo)注文字 標(biāo)注文字通常包括元件的編號、層面的作用和設(shè)計日期等。

【1ByAscendingXThenAscending】：選擇該項時，從左下腳由下至上進(jìn)行重新編號和標(biāo)注。 【2ByAscendingXThenDescending】：選擇該項時，從左上腳由上至下進(jìn)行重新編號和標(biāo)注。 【3ByAscendingYThenAscending】：選擇該項時，從左下腳由左至右進(jìn)行重新編號和標(biāo)注。 【4ByAscendingYThenDescending】：選擇該項時，從左上腳由右至左進(jìn)行重新編號和標(biāo)注。

【5NamefromPosition】：選擇該項時，元件自身的坐標(biāo)值決定元件的編號和標(biāo)注值。5.9.2標(biāo)注尺寸 將當(dāng)前的工作層面切換成 【DrillDrawing】層。 執(zhí)行菜單命令 【Place】/【Dimension】5.9.3放置定位孔5.10三

維

視

圖 創(chuàng)建三維視圖的方法可以執(zhí)行菜單命令【View】/【Boardin3D】或單擊主工具欄上的按鈕即可。可以看到系統(tǒng)會自動生成一個三維的視圖出來，并且在當(dāng)前的窗口中打開，如圖5-71所示。

5.11PCB圖的打印輸出

5.11.1設(shè)置打印預(yù)覽 實現(xiàn)打印預(yù)覽可以執(zhí)行菜單命令【File】/【Print/Preview】。之后一個PPC文件就會自動生成，而且會在當(dāng)前的窗口打開，可以看到PCB的打印輸出效果圖。名為“MyDesign.PCB”的PCB圖生成的打印輸出文件PPC文件名稱是“PreviewMyDesign.PPC”?？梢韵窀淖冊O(shè)計數(shù)據(jù)庫的名稱一樣改變這個文件夾的名稱，如圖5-74所示。

5.11.2打印輸出的概念 任何PCB圖層的結(jié)構(gòu)都能夠打印輸出，而且可以在一個PPC文件中定義多個打印輸出。

5.11.3改變打印輸出設(shè)置5.11.4在打印輸出中指明層面

5.11.5設(shè)置打印機 創(chuàng)建一個新的PPC文件，系統(tǒng)將會自動使用Windows系統(tǒng)原有的打印機。改變打印機可以執(zhí)行菜單命令【File】/【SetupPrinter】或在打印機的標(biāo)簽上單擊鼠標(biāo)