Protel 99 SE 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程 PPT 第7章 PCB電路板設(shè)計(jì)

第7章PCB電路板設(shè)計(jì)內(nèi)容提要：設(shè)計(jì)印制電路板是整個(gè)工程設(shè)計(jì)的目的。原理圖設(shè)計(jì)得再完美，如果電路板設(shè)計(jì)得不合理則性能將大打折扣，嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作。制板商要參照用戶所設(shè)計(jì)得PCB圖來進(jìn)行電路板的生產(chǎn)。由于要滿足功能上的需要，電路板設(shè)計(jì)往往有很多的規(guī)則要求，如要考慮到實(shí)際中的散熱和干擾等問題，因此相對于原理圖的設(shè)計(jì)來說，對PCB圖的設(shè)計(jì)則需要設(shè)計(jì)者更細(xì)心和耐心。本章主要介紹印制電路板的結(jié)構(gòu)、PCB編輯器的特點(diǎn)、PCB設(shè)計(jì)界面、PCB設(shè)計(jì)流程等知識，以使讀者能對電路板的設(shè)計(jì)有一個(gè)全面的了解。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：印制電路板的結(jié)構(gòu)PCB設(shè)計(jì)界面PCB設(shè)計(jì)流程7.1PCB編輯器的功能特點(diǎn)Protel99SE的PCB設(shè)計(jì)能力非常強(qiáng)，能夠支持復(fù)雜的32層PCB設(shè)計(jì)，但是在每一個(gè)設(shè)計(jì)中無須使用所有的層次。例如，如果項(xiàng)目的規(guī)模比較小時(shí)，雙面走線的PCB板就能提供足夠的走線空間，此時(shí)只需耍啟動(dòng)TopLayer和BottomLayer的信號層以及對應(yīng)的機(jī)械層、絲印層等層次即可，無須任何其他的信號層和內(nèi)部電源層。Protel99SE的PCB編輯器提供了一條設(shè)計(jì)印制電路板的快捷途徑，PCB編輯器通過它的交互性編輯環(huán)境將手動(dòng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)完美融合。PCB的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最大限度地考慮了用戶對速度的要求，通過對功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)法則的設(shè)置，用戶可以有效地控制印制電路板的設(shè)計(jì)過程。對于特別復(fù)雜的、有特殊布線要求的、計(jì)算機(jī)難以自動(dòng)完成的布線工作，可以選擇手動(dòng)布線?？傊?，Protel99SE的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能強(qiáng)大而方便，它具有以下的功能特點(diǎn)：1．豐富的設(shè)計(jì)法則。電子工業(yè)的飛速發(fā)展對印制電路板的設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。為了能夠成功設(shè)計(jì)出一塊性能良好的電路板，用戶需要仔細(xì)考慮電路板阻抗匹配、布線間距、走線寬度、信號反射等各項(xiàng)因素，而Protel99SE強(qiáng)大的設(shè)計(jì)法則極大地方便了用戶。Protel99SE提供了超過25種設(shè)計(jì)法則類別，覆蓋了設(shè)計(jì)過程中的方方面面。這些定義的法則可以應(yīng)用于某個(gè)網(wǎng)絡(luò)、某個(gè)區(qū)域，以至整個(gè)PCB板上，這些法則互相組合能夠形成多方面的復(fù)合法則，使用戶迅速地完成印制電路板的設(shè)計(jì)。2．易用的編輯環(huán)境。和Protel99SE的原理圖編輯器一樣，PCB編輯器完全符合Windows應(yīng)用程序風(fēng)格，操作起來非常簡單，編輯工作非常自然直觀。3．合理的元件自動(dòng)布局功能。Protel99SE提供了好用的元件自動(dòng)布局功能，通過元件自動(dòng)布局，計(jì)算機(jī)將根據(jù)原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)報(bào)表對元件進(jìn)行初步布局。用戶的布局工作僅限于元件位置的調(diào)整。4．高智能的基于形狀的自動(dòng)布線功能。Protel99SE在印制電路板的自動(dòng)布線技術(shù)上有了長足的進(jìn)步。在自動(dòng)布線的過程中，計(jì)算機(jī)將根據(jù)定義的布線規(guī)則，并基于網(wǎng)絡(luò)形狀對電路板進(jìn)行自動(dòng)布線。自動(dòng)布線可以在某個(gè)網(wǎng)絡(luò)、某個(gè)區(qū)域直至整個(gè)電路板的范圍內(nèi)進(jìn)行，這大大減輕了用戶的工作量。5．易用的交互性手動(dòng)布線。對于有特殊布線要求的網(wǎng)絡(luò)或者特別復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，Protel99SE提供了易用的手動(dòng)布線功能。電氣格點(diǎn)的設(shè)置使得手動(dòng)布線時(shí)能夠快速定位連線點(diǎn)，操作起來簡單而準(zhǔn)確。6．強(qiáng)大的封裝繪制功能。Protel99SE提供了常用的元件封裝，對于超出Protel99SE自帶元件封裝庫的元件，在Protel99SE的封裝編輯器中可以方便地繪制出來。此外，Protel99SE采用庫的形式來管理新建封裝，使得在一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中繪制的封裝，在其他的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中能夠得到引用。7．恰當(dāng)?shù)囊晥D縮放功能。Protel99SE提供了強(qiáng)大的視圖縮放功能，方便了大型的PCB繪制。8．強(qiáng)大的編輯功能。Protel99SE的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)的編輯功能，用戶可以方便地使用編輯功能，提高工作效率。9．萬無一失的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。PCB文件作為電子設(shè)計(jì)的最終結(jié)果，是絕對不能出錯(cuò)的。Protel99SE提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)法則檢驗(yàn)器（DRC），用戶可以定義通過對DRC的規(guī)則進(jìn)行設(shè)置，然后計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測整個(gè)PCB文件。此外，Protel99SE還能夠給出各種關(guān)于PCB的報(bào)表文件，方便隨后的工作。10．高質(zhì)量的輸出。Protel99SE支持標(biāo)準(zhǔn)的Windows打印輸出功能，其PCB輸出質(zhì)量無可挑剔。7.2PCB的設(shè)計(jì)流程PCB設(shè)計(jì)的操作步驟如下：1．繪制電路原理圖。確定選用的元件及其封裝形式，完善電路。2．規(guī)劃電路板。全面考慮電路板的功能、部件、元件封裝形式、連接器及安裝方式等。3．設(shè)置各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。4．載入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝。搜集所有的元件封裝，確保選用的每個(gè)元件封裝都能在PCB庫文件中找到，將封裝和網(wǎng)絡(luò)表載入到PCB文件中。5．元件自動(dòng)布局。設(shè)定自動(dòng)布局規(guī)則，使用自動(dòng)布局功能，將元件進(jìn)行初步布置。6．手工調(diào)整布局。手工調(diào)整元件布局使其符合PCB板的功能需要和元器件電氣要求，還要考慮到安裝方式，放置安裝孔等。7．電路板自動(dòng)布線。合理設(shè)定布線規(guī)則，使用自動(dòng)布線功能為PCB板自動(dòng)布線。8．手工調(diào)整布線。自動(dòng)布線結(jié)果往往不能滿足設(shè)計(jì)要求，還需要做大量的手工調(diào)整。9．DRC校驗(yàn)。PCB板布線完畢，需要經(jīng)過DRC校驗(yàn)無誤，否則，根據(jù)錯(cuò)誤提示進(jìn)行修改。10．文件保存，輸出打印。保存、打印各種報(bào)表文件及PCB制作文件。11．加工制作。將PCB制作文件送交加工單位。7.3PCB界面簡介PCB界面主要包括3個(gè)部分：主菜單、主工具欄和工作面板，如圖所示。7.3.1菜單欄

在PCB設(shè)計(jì)過程中，各項(xiàng)操作都可以使用菜單欄中相應(yīng)的菜單命令來完成，各項(xiàng)菜單中的具體命令如下?！癋ile”菜單：主要用于文件的打開、關(guān)閉、保存與打印等操作?！癊dit”菜單：用于對象的選取、復(fù)制、粘貼與查找等編輯操作。“View”菜單：用于視圖的各種管理，如工作窗口的放大與縮小，各種工具、面板、狀態(tài)欄及節(jié)點(diǎn)的顯示與隱藏等?！癙lace”菜單：包含了在PCB中放置對象的各種菜單項(xiàng)?！癉esign”菜單：用于添加或刪除元件庫、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表導(dǎo)入、原理圖與PCB間的同步更新及印刷電路板的定義等操作?！癟ools”菜單：可為PCB設(shè)計(jì)提供各種工具，如DRC檢查、元件的手動(dòng)、白動(dòng)布局、PCB圖的密度分析以及信號完整性分析等操作?！癆utoRoute”菜單：可進(jìn)行與PCB布線相關(guān)的操作?！癛eports”菜單：可進(jìn)行生成PCB設(shè)計(jì)報(bào)表及PCB的測量操作?！癢indow”菜單：可對窗口進(jìn)行各種操作?！癏elp”菜單：幫助菜單。7.3.2主工具欄工具欄中以圖標(biāo)按鈕的形式列出了常用菜單命令的快捷方式，用戶可根據(jù)需要對工具欄中包含的命令項(xiàng)進(jìn)行選擇，對擺放位置進(jìn)行調(diào)整。用鼠標(biāo)右鍵單擊菜單欄或工具欄的空白區(qū)域即可彈出工具欄的命令菜單，如圖所示。其中“ToolbarProperties”命令可以設(shè)置工具欄的屬性，如圖所示。

7.4新建PCB文件執(zhí)行“Files”→“New”菜單命令，在打開的文件選擇對話框中選擇創(chuàng)建“PCBDocument”文件，如圖所示。單擊確定后，在工作區(qū)“Document”文件夾中創(chuàng)建一個(gè)PCB電路板文件，默認(rèn)文件名稱為“PCB1.PCB”。雙擊該文件，即可進(jìn)入PCB電路板的編輯環(huán)境，如圖所示。7.5設(shè)置電路板工作層面在使用PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)前，首先要了解一下工作層面，而碰到的第一個(gè)概念就是印制電路板的結(jié)構(gòu)。7.5.1電路板的結(jié)構(gòu)一般來說，印制電路板的結(jié)構(gòu)有單面板、雙面板和多層板種。1．“Single-SidedBoards”：單面板。2．“Double-SidedBoards”：雙面板。3．“Multi-LayerBoards”：多層板。多層板結(jié)構(gòu)如圖所示。7.5.2工作層面的類型在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，我們往往會碰到工作層面選擇的問題。Protel99SE提供了多個(gè)工作層面供用戶選擇，用戶可以在不同的工作層面上進(jìn)行不同的操作。當(dāng)進(jìn)行工作層面設(shè)置時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行PCB設(shè)計(jì)管理器的“Design”→“Options”菜單命令，系統(tǒng)將彈出如圖所示的DocumentOptions對話框。7.5.3板層管理器Protel99SE現(xiàn)擴(kuò)展到32個(gè)信號層，16個(gè)內(nèi)層電源/接地層，16個(gè)機(jī)械層，在層堆棧管理器用戶可定義板層結(jié)構(gòu)，可以看到層堆棧的立體效果。對電路板工作層面的管理可以執(zhí)行“Design”→“LayerStackManager”菜單命令后，系統(tǒng)將彈出如圖所示的對話框。各層的屬性編輯。（1）信號層：用戶可以自定義層的名稱和“Copperthickness”（銅箔的厚度），銅箔的厚度的定義主要用于進(jìn)行信號完整性分析。（2）電源層：對名稱用戶可以自定義，“Copperthickness”（銅箔的厚度）主要用于進(jìn)行信號完整性分析。（3）絕緣層：“Material”表示材料的類型，“Thickness”表示絕緣層的厚度，“DielectricConstant”表示絕緣體的介電常數(shù)，絕緣層的厚度和絕緣體的介電常數(shù)主要用于進(jìn)行信號完整性分析。7.6“Preferences”的設(shè)置在“Preferences”對話框中可以對一些與PCB編輯窗口相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置后的系統(tǒng)參數(shù)將用于這個(gè)工程的設(shè)計(jì)環(huán)境，并不隨PCB文件的改變而改變。1．執(zhí)行“Tools”→“Preferences”菜單命令。2．執(zhí)行該命令后，會彈出“Preference”設(shè)置對話框。它共有6個(gè)選項(xiàng)卡，即Options選項(xiàng)卡、Display選項(xiàng)卡、Colors選項(xiàng)卡、Show/Hide選項(xiàng)卡、Defaults選項(xiàng)卡、SignalIntegrity選項(xiàng)卡。下面就具體講述各個(gè)選項(xiàng)卡的設(shè)置。SignalIntegrity選項(xiàng)卡的設(shè)置我們在后面一章信號完整性分析中講述。3．“Options”選項(xiàng)卡的設(shè)置。

點(diǎn)擊Options標(biāo)簽即可進(jìn)入Options選項(xiàng)卡，如圖7-14所示。Options選項(xiàng)卡用于設(shè)置一些特殊的功能。它包含“EditingOptions”區(qū)域、“AutopanOptions”區(qū)域、“PolygonRepour”區(qū)域、“Other”區(qū)域、“InteractiveRouting”和“ComponentDrag”區(qū)域。4．“Display”設(shè)置頁如圖所示。5．“Colors”設(shè)置頁如圖所示。6．“Show/Hide”設(shè)置頁如圖所示。7．“Dedaults”設(shè)置頁用于設(shè)置PCB設(shè)計(jì)中用到的各個(gè)對象的默認(rèn)值，如圖所示。通常用戶不需要改變此設(shè)置頁中的內(nèi)容。8．“SignalIntegrity”設(shè)置頁如圖所示，這里不再多作介紹。7.7在PCB文件中導(dǎo)入原理圖網(wǎng)絡(luò)表信息我們現(xiàn)在最普遍的電路設(shè)計(jì)方式是用雙面板設(shè)計(jì)。但是當(dāng)電路比較復(fù)雜而利用雙面板無法實(shí)現(xiàn)理想的布線時(shí)，我們就要采用多層板的設(shè)計(jì)了。多層板是指采用四層板以上的電路板布線。它一般包括頂層、底層、電源板層、接地板層，甚至還包括若干個(gè)中間板層。板層越多，布線就越簡單。但是多層板的制作費(fèi)用比較高，制作工藝也比較復(fù)雜。多層板的布線主要以頂層和底層為主要布線層，以走中間層為輔。在需要中間層布線的時(shí)候，我們往往先將那些在頂層和底層難以布置的網(wǎng)絡(luò)，布置在中間層，然后切換到頂層或底層進(jìn)行其他的布線操作。網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與PCB圖之間的聯(lián)系紐帶，原理圖的信息可以通過導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表的形式完成與PCB之間的同步。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)入之前，需要裝載元件的封裝庫及對同步比較器的比較規(guī)則進(jìn)行設(shè)置。7.7.1準(zhǔn)備原理圖和網(wǎng)絡(luò)表要制作印制電路板，需要有原理圖和網(wǎng)絡(luò)表，這是制作電路板的前提。現(xiàn)以圖所示的原理圖為例來制作一塊電路板。7.7.2電路板的規(guī)劃進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)服務(wù)器后，電路板規(guī)劃的一般步驟如下。用戶用鼠標(biāo)單擊編輯區(qū)下方的標(biāo)簽KeepOut，即可將當(dāng)前的工作層面設(shè)置為KeepOutLayer。該層為禁止布線層，一般用于設(shè)置電路板的板邊。執(zhí)行菜單命令“Place”→“Track”，或者用戶用鼠標(biāo)單擊PlacementTools工具欄中相應(yīng)的

按鈕。這時(shí)鼠標(biāo)變