EDA技術(shù)--第7章 PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ),第8章 PCB手工布線(修改)

1、1,第7章 PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ),7.1 印制電路板概述 7.2 Protel99SE印制板編輯器,2,7.1 印制電路板概述,電子系統(tǒng)中所使用的電子元器件都是附著在印制電路板PCB(Printed Circuit Board)上，簡稱電路板。當(dāng)待設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)利用EDA工具設(shè)計(jì)出來之后，還必須制作一塊電路板，用于將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部電子元器件連接在一起，以最終實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。,電路板設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是元器件的合理放置(稱為布局)和相互間的走線(稱為布線)。布局布線既可以手工進(jìn)行，也可以借助電路板設(shè)計(jì)工具自動實(shí)現(xiàn)。 電路板是電子設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，而電原理圖設(shè)計(jì)是電路板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有以正確的原理圖為基礎(chǔ)

2、，才有可能設(shè)計(jì)出完美的電路版圖。電路版圖與原理圖之間通過網(wǎng)絡(luò)表聯(lián)系，電路原理圖網(wǎng)絡(luò)表不僅可以為自動布局布線提供依據(jù)，而且還用于對所設(shè)計(jì)的電路版圖進(jìn)行檢查和校驗(yàn)。,3,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。,4,7.1.1 印制板種類,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

3、本低，但僅適用于比較簡單的電路設(shè)計(jì)。,5,（2）雙面板 雙面板包括頂層(Top Layer)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)。,6,（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，同時制作成本也很高。,SMD表面貼裝器件(Surface Mou

4、nted Devices),7,7.1.2 PCB設(shè)計(jì)中的基本組件,1. 板層（Layer） 板層分為敷銅層和非敷銅層，平常所說的幾層板是指敷銅層的層數(shù)。一般敷銅層上放置焊盤、導(dǎo)線等完成電氣連接；在非敷銅層上放置元件描述字符或注釋字符等。 對于一個電路板而言，通常在印制板上鋪設(shè)一層阻焊劑，阻焊劑一般是綠色，除了要焊接的地方外，其它地方根據(jù)電路設(shè)計(jì)軟件所產(chǎn)生的阻焊圖來覆蓋一層阻焊劑，這樣可以快速焊接，并防止焊錫溢出引起短路；而對于要焊接的地方，通常是焊盤，則要涂上助焊劑。,8,2. 焊盤（ 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

5、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）,9,3. 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。,（過孔的尺寸與類型）,10,4. 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

6、，是印制電路板最重要的部分。它也可以通過過孔把一個導(dǎo)電層和另一個導(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。,11,5.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，是具有電氣連接意義的連接線路。,12,6. 網(wǎng)絡(luò)（Net） 從一個元器件的某一個管腳上到其它管腳的電氣連接關(guān)系稱作網(wǎng)絡(luò)。每一個網(wǎng)絡(luò)均有唯一的網(wǎng)絡(luò)名稱，有

7、的網(wǎng)絡(luò)名是人為添加的，有的是系統(tǒng)自動生成的，系統(tǒng)自動生成的網(wǎng)絡(luò)名由該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個連接點(diǎn)的管腳名稱構(gòu)成。 7. 網(wǎng)絡(luò)表（Netlist） 網(wǎng)絡(luò)表描述電路中元器件特征和電氣連接關(guān)系，一般可以從原理圖中獲取，它是原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)之間的紐帶。,8.安全間距（Clearance） 在進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)時，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，這個間距稱為安全間距。,13,9. 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

8、產(chǎn)日期等等，這就稱為絲印層。,14,10. 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元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝。,15,7.2 Protel99SE印制板編輯器,7.2.1 啟動PCB99SE編輯器,1. 在Document文件夾下，執(zhí)行FileNew。,16,2. 雙擊新建的文件圖標(biāo)，進(jìn)入PCB編輯器,17,7.2.2 PCB編輯器的窗口管理,在PCB99SE中，窗口管理可以執(zhí)行菜單View下的命令實(shí)現(xiàn)

9、，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。,18,PCB99SE 坐標(biāo)系 PCB99SE的工作區(qū)是一個二維坐標(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Ed

10、itOriginReset，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(mil)單位的切換,19,7.2.3 工作環(huán)境設(shè)置,打開文檔選項(xiàng)對話框： 工作區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇快捷鍵【Options】/【Board Options】 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Options】,20,一般情況下，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)單面板時還必須將Bottom Layer、Top Overlay設(shè)置為打開狀態(tài)。,設(shè)置工作層面,21,設(shè)置柵格,22,設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)

11、對話框,選擇菜單命令【Tools】/【Preferences】,23,第8章 PCB手工布線,8.1 設(shè)置PCB封裝庫 8.2 規(guī)劃電路板尺寸 8.3 放置元件、焊盤和過孔 8.4 元件布局 8.5 元件布線 8.6 PCB元件設(shè)計(jì),24,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,手工設(shè)計(jì)步驟, 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 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。,25,8.1 設(shè)置PCB封裝庫,在PCB設(shè)計(jì)前，必須將元件封裝所在的庫添加到當(dāng)前庫（Li

12、braries）中，只有這樣，這些元件才能被調(diào)用。,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。,26,載入元件封裝庫,27,8.2 規(guī)劃電路板尺寸,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。,手動繪制電氣邊界 利用向?qū)гO(shè)置板框,28,8.2.1 手工定義PCB板尺寸,1.手

13、工定義PCB板尺寸 本例中采用公制規(guī)劃尺寸，板的尺寸為70mm40mm，具體步驟如下：, 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。,29,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)?！綱iew】/【Toggle Units】 3. 選擇命令【Place】/【Line】，拖動

14、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】/【Origin】/【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,30,(1) 單擊放置工具欄上的 圖標(biāo)，自定義相對坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)。 (2) 單擊放置工具欄上的 圖標(biāo)，繪制邊框線。此時光標(biāo)處于命令狀態(tài)，按下快捷鍵+，輸入x，y坐標(biāo)(0，0)，將光標(biāo)定位到相對原點(diǎn)，按下鍵確定，然后再次按一下快捷鍵+，輸入x，y終點(diǎn)坐標(biāo)(70，

15、0)，再次按下確定，光標(biāo)跳躍到坐標(biāo)（70，0）處，然后連按兩次鍵確定此條連線。,(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。,技巧二,31,8.2.2 使用制板向?qū)?chuàng)建PCB板,執(zhí)行命令【File】/【New】 2. WizardsPrinted Circuit Board Wizard,向?qū)υ捒蛞?32,33,34,相鄰兩焊盤之間穿過導(dǎo)線的數(shù)目,35,36,向?qū)ЫY(jié)束,利用向?qū)刹⒁?guī)劃好的印制電路板,37,8.3 放置元件、焊盤和過孔,當(dāng)設(shè)置了元件庫，規(guī)劃印制板邊框后，就可以在印制板上放置各種圖件，如元件、焊盤、過孔和導(dǎo)線等。

16、8.3.1 放置元件,從元件封裝庫中直接放置 通過菜單命令Place Component放置元件 通過工具欄按鈕 放置元件,38,通過菜單命令放置,39,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，按下“Tab”鍵。,40,8.3.2 放置焊盤,Place-pad 通過工具欄按鈕 放置焊盤,放置焊盤,雙擊焊盤設(shè)置屬性,41,8.3.3 放置過孔,Place-Via 通過工具欄按鈕 放置焊盤,放置過孔,雙擊過孔設(shè)置屬性,42,8.4 元件布局,元件放置完畢，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾及布線的方便性等方面綜合考慮元件布局，可以通過移

17、動、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等方式調(diào)整元件的位置，使之滿足電路使用要求。在布局時除了要考慮元件的位置外，還必須調(diào)整好絲網(wǎng)層上文字符號。,43,流向原則：按照電路的流程安排各個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。 抗干擾原則：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,44,8.4.2 手工布局,1. 移動元件 鼠標(biāo)拖動； 執(zhí)行菜單命令EditM

18、oveComponet；,技巧：執(zhí)行Edit Jump Componet，可以快速定位元件。,2. 旋轉(zhuǎn)元件 ：水平翻轉(zhuǎn)； ：垂直翻轉(zhuǎn)； ：逆時針旋轉(zhuǎn)。,45,3. 3D預(yù)覽 執(zhí)行ViewBoard in 3D，系統(tǒng)自動產(chǎn)生3D預(yù)覽文件，在設(shè)計(jì)管理器的Display區(qū)中，選中Components顯示元件，選中Silkscreen顯示絲網(wǎng)層，選中Copper顯示敷銅層，選中Text顯示標(biāo)注文字。,調(diào)好布局的3D預(yù)覽圖,46,8.5 元件布線,所謂布線，就是使用實(shí)際的印制導(dǎo)線連接元件。 8.5.1 印制板布線原則,連線精簡原則：盡可能使用短的導(dǎo)線。 安全載流原則：電流越大，銅膜導(dǎo)線越寬。 電磁抗干

19、擾原則：避免直角拐彎；雙面板的導(dǎo)線避免平行等。 安全間距原則: 相鄰導(dǎo)線要留有一定安全距離。,47,8.5.2 手工布線,（b）,Place-Interactive Routing 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）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。,48,導(dǎo)線模式的選擇 Protel 99 SE提供了六種導(dǎo)線模式：45轉(zhuǎn)角、 45圓弧轉(zhuǎn)角， 90轉(zhuǎn)角、 90圓弧轉(zhuǎn)角、任意角轉(zhuǎn)角和平滑圓弧。在繪制導(dǎo)線時，可以通過“Shift+Space”鍵實(shí)現(xiàn)這六種導(dǎo)線模式的切換。,49,不同板層

20、上的布線 對于雙面板或多層板的連線，如果線條在走線時被同一層的另一個線條所阻擋，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 在繪制好的電源線或地線上雙擊，修改導(dǎo)線寬度； 在正在繪制電源線或地線時，按下“Tab”鍵，修改寬度。,50,8.6 PCB元件設(shè)計(jì),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無法找到，解決這個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。,元件封裝庫編輯器 制作新元

21、件封裝 元件封裝庫的管理,51,雙擊打開,8.6.1 元件封裝庫編輯器,打開一個數(shù)據(jù)庫文件，然后執(zhí)行菜單命令“FileNew”,52,53,8.6.2 手工繪制元件封裝,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，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。,54,（1）新建或打開

22、一個元件封裝庫文件。 （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,55,（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。,將第一個焊盤放置在工作區(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)按逆時針排列。,56,（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。,57,（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。新建元件封裝時，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。,58,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)?/p>