Protel電路設計教程

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Protel電路設計教程輔助學習材料

江思敏，陳明

清華大學出版社

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學習內容

PCB設計基礎知識Protel軟件介紹Protel原理電路圖設計ProtelPCB布局和布線Protel電路仿真Protel信號完整性分析

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第1講PCB設計基礎知識PCB的設計就是將設計的電路在一塊板上實現(xiàn)。一塊PCB板上不但要包含所有必需的電路，而且還應當具有適合的元件選擇、元件的信號速度、材料、溫度范圍、電源的電壓范圍以及制造公差等信息，一塊設計出來的PCB必需能夠制造出來，所以PCB的設計除了滿足功能要求外，還要求滿足制造工藝要求以及裝配要求。

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1.PCB設計流程設計要求和規(guī)范原理圖仿真設計規(guī)則檢查和調整

生成系統(tǒng)組成結構框圖

確定PCB的尺寸和結構

時序和信號完整性分析

功能分解

元件布局

生成制造文件

繪制原理圖

確定設計布線規(guī)則

PCB的制造和裝配

創(chuàng)立元件庫

進行PCB布線

PCB產品的測試

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2.PCB制造材料

PCB的信號傳導層材料：銅箔銅箔通過加熱和壓力作用下粘接在襯底層上。銅箔層的厚度尋常由其每平方英尺的重量來指定，常用的有1或2盎司規(guī)格，其他規(guī)格的銅箔材料有0.25、0.5、3和4盎司等類型。1盎司銅的厚度大約為0.035mm0.002mm。選擇那種銅箔主要根據(jù)它的電阻系數(shù)

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2.PCB制造材料

不同重量的銅電阻系數(shù)和銅箔寬度的關系100銅的重量0.5盎司1盎司2盎司3盎司

10電阻系數(shù)(mΩ/cm)

1.020℃70℃

銅箔的寬度(mm)10

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2.PCB制造材料

絕緣層材料：環(huán)氧樹脂玻璃和酚醛紙酚醛紙是一種更加低廉的并且簡單沖孔的材料，因此它的主要應用在高產量的非關鍵性的場合。酚醛紙的電氣特性比環(huán)氧樹脂玻璃的要差、機械性能比較脆、較差的工作溫度范圍、很簡單吸收水分并且不適合通孔的涂層結構。環(huán)氧樹脂玻璃布可以有效地應用于通孔涂層和多層板。假使對機械和電器特性有較高要求時，它也可以用于簡單結構。環(huán)氧樹脂玻璃具有很好的尺寸穩(wěn)定性，具有比酚醛紙更好的機械特性，但是成本要高一些，因為它必需鉆孔，而不能實現(xiàn)沖孔。

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2.PCB制造材料

一些常用的PCB材料特性和選擇規(guī)范材料表面電阻(mΩ)介電常數(shù)r絕緣強度(kV/mil)溫度補償系數(shù)(x-yppm/C)最高溫度(C)

標準的FR4

最小為11041106

最

大為5.4,典型值4.6–4.93.8

最小為1.0

13–16

110–150

FR408(高質量)環(huán)氧樹脂-芳族聚酰胺(適用于更小的走線間距離)

1.4

13

180

5106

3.8

1.6

10

180

聚酰亞胺

3.4

3.8

20

300

聚酯

3.0

3.4

27

105

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3.PCB板的結構

一個普通的PCB板由鍍銅的樹脂玻璃材料或一層銅箔與樹脂材料(介電層)粘接在一起

銅層

介電絕緣層

銅層

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3.PCB板的結構(1)銅箔銅箔是一薄層的銅(如圖0-5所示),放置在介電填充材料之間并且和介電填充材料粘接在一起。

銅箔

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3.PCB板的結構(2)銅鍍層銅鍍層主要用于板的外層，并且當對板上的鉆孔的孔壁進行鍍銅層時，也為板上的銅提供了額外的銅層。

蝕刻的銅鍍層銅鍍層銅箔介電絕緣層介電絕緣層

蝕刻的銅箔

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3.PCB板的結構(3)焊錫流焊錫流是將焊錫鋪在板的袒露銅表面的工藝，有助于后面裝配元件時的焊接，并保護銅放置被氧化。焊錫流

銅鍍層

銅箔層

介電絕緣層

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3.PCB板的結構(4)阻焊層阻焊層可以防止焊錫附著在上面?？梢员Ｗo銅層放置被氧化。阻焊層可以去絕緣作用，即鋪了阻焊層的走線與外界可以實現(xiàn)絕緣。阻焊層銅走線

介電絕緣層

(5)走線PCB上的走線實際上就是信號導線。它提供了

一致的傳輸電信號的功能，它的兩端一般于PCB上的元件的引腳相連接。

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3.PCB板的結構(6)焊盤一個焊盤可以有幾種不同的形狀和類型，最常用的兩種焊盤類型為表貼元件安裝的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。元件引腳阻焊層焊錫流銅鍍層銅箔粘接層

焊錫流

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4.PCB的走線配置

設計PCB時，有兩種基本的走線配置：微帶走線(Microstrip)和帶狀走線(Stripline)。微帶走線內層芯頂層地平面電介質內層芯電介質內層芯電介質內層芯

信號層電源平面地平面

信號層電源平面底層

帶狀走線

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5.PCB設計和電磁兼容

PCB設計的好壞對電路的干擾及抗干擾能力影響很大。在PCB設計中，元件的選擇和電路設計是影響板級電磁兼容性性能的主要因素。元件的布局對PCB的電磁兼容性具有重要的影響(數(shù)字電路、模擬電路以及電源電路的元件布局)

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第2講Protel軟件介紹

Protel2023構建于一整套板級設計及實現(xiàn)特性上，其中包括原理圖設計、印制電路板設計、混

合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析、規(guī)則驅動PCB布局與編輯、改進型拓撲自動布線及全部計算機輔助制造(CAM)輸出能力。Protel2023支持FPGA及其它可編程器件設計及其在PCB上的集成。

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1.Protel2023繪圖環(huán)境

Protel2023主界面

工作區(qū)，點擊對應的選擇項可快速啟動該功能

工作區(qū)面板，點擊其可以彈出相應的工作界面

文件工作區(qū)面板

工作區(qū)面板按鈕，點擊其可以彈出相應的工作界面或快捷菜單

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1.Protel2023繪圖環(huán)境

新建文件菜單介紹

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2.設置Protel2023系統(tǒng)參數(shù)

執(zhí)行系統(tǒng)的“Preferences〞命令進行系統(tǒng)參數(shù)設置。

在系統(tǒng)參數(shù)對話框的系統(tǒng)設置選項中設定系統(tǒng)參數(shù)。

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3.Protel2023的原理圖編輯模塊

原理圖設計編輯