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1、第9章 Proteus ARES的 PCB设计,9.1 Proteus ARES编辑环境 9.1.1 Proteus ARES工具箱图标按钮 9.1.2 Proteus ARES菜单栏 9.2 印制电路板(PCB)设计流程 9.3 为元件指定封装 9.4 元件封装的创建 9.4.1 放置焊盘 9.4.2 分配引脚编号 9.4.3 添加元件边框 9.5 网络表的导入 9.6 系统参数设置 9.6.1 设置电路板的工作层 9.6.2 环境设置 9.6.3 栅格设置 9.6.4 路径设置 9.7 编辑界面设置 9.7.4 元件封装保存,9.8 布局与调整 9.8.1 自动布局 9.8.2 手工布局
2、9.8.3 调整元件标注 9.9 设计规则的设置 9.9.1 设置设计规则 9.9.2 设置默认设计规则 9.10 布线 9.10.1 手工布线 9.10.2 自动布线 9.10.3 自动整理 9.11 设计规则检测 9.12 后期处理及输出 9.12.1 PCB敷铜 9.12.2 PCB的三维显示 9.12.3 PCB的输出 9.13 多层PCB电路板的设计,9.11 设计规则检测,手工布线时，ARES将自动检测用户布置的每一条导线，一旦违反设计规则，将发出警告。另外，设计者也可以在任何时候运行电气设计规则检测，出现错误，系统将给以提示，双击设计规则错误提示，ARES将在板上的相应位置进行标
3、注。 具体进行设计规则检测的方法如下： 选择【Tools】【Connectivity Checker】菜单项，系统进行断线检测(CRC)，同时也运行设计规则检测(DRC)。,其中，CRC检测主要侧重于电学错误的连通性检查，如是否有多余的、遗漏的连接等；DRC检测主要侧重于物理错误设计规则检测，即是否有违反设计规则的情况发生(设计规则的设置参见本章第9节)。 这里，将图9-41所示电路当中D4人为向右移动一下，造成断线，同时D3和D4焊盘间距发生重叠，然后选择【Tools】【Connectivity Checker】菜单项，执行设计规则检测，系统很快检查完毕，编辑区上方弹出如图9-42所示的CR
4、C错误提示框，断线处以高亮度显示，状态栏中产生如图9-43所示CRC、DRC错误提示，同时在电路图中用红圈标注错误之处，如图9-44所示。,图9-42 CRC错误提示,图9-43 状态栏错误提示,单击图9-44中的DRC错误标注，系统弹出如图9-45所示的DRC提示框。,设计者可根据错误提示进行电路板的修改。修改后，需要再次进行以上检测，直到没有错误提示出现为止。这时，状态栏显示如图9-46所示。,图9-44 DRC错误标注 图9-45 DRC错误提示,另外，单击窗口左侧的 按钮，在网络选项列表框中选择一个网络号，然后单击列表框上方的“T”，可以高亮显示该网络，以便检查其连接情况。,图9-46
5、 状态栏无错误提示,9.12 后期处理及输出 9.12.1 PCB敷铜 为了提高PCB的抗干扰性，通常需要对性能要求较高的PCB进行敷铜处理。接着，以上面的电路板为例，讲述敷铜处理，并且顶层和底层的敷铜均与GND相连。 (1) 选择【Tools】【Power Plane Generator】菜单项，弹出放置敷铜对话框，如图9-47所示。,(2) 按照图9-47中所示内容进行设置。其中“Net”表示敷铜的网络，“Layer”表示为哪一个层进行敷铜，“Boundary”表示敷铜边界的宽度，“Edge clearance”表示与板子边缘的间距。然后单击“OK”确定，即在底层完成敷铜，如图9-48所示
6、。,图9-47 放置敷铜对话框 图9-48 在低层敷铜后效果,(3) 按照同样的方法可以在顶层(Top Copper)进行敷铜，所不同之处是，如图9-55中的“Layer”需要设为“Top Copper”。 另外，也可以使用ARES中左侧工具 来完成敷铜。具体操作如下。 (1) 单击 ， 在列表框中选择敷铜边界的宽度，将当前层切换到，这时光标变成笔头。 (2) 在PCB板上拖出需要敷铜的区域，这时，弹出如图9-49所示编辑区域的对话框。按照图示进行设置。 (3) 单击“OK”，完成底层(Bottom Copper)的敷铜，如图9-50所示。 (4) 同样可对顶层(Top Copper)进行敷铜
7、，不同的是，当前层需切换为“Top Copper”。,图9-49 编辑区域对话框 图9-50 对底层进行局部敷铜,9.12.2 PCB的三维显示 Proteus ARES具有PCB3D显示功能。使用该功能可以显示清晰的PCB三维立体效果，并且可以随意旋转、缩放等。 选择【Output】【Visualization】，即可显示如图9-51所示的三维效果图。另外，利用三维显示页面左下角的,等工具，可以对视图进行缩放和改变视图的角度等操作。,图9-51 三维显示效果,9.12.3 PCB的输出,Proteus ARES具有多种输出方式，这里主要介绍一下CADCAM输出，步骤如下。 (1) 选择【Ou
8、tput】【CADCAM Output】菜单项，弹出如图9-52所示对话框。 (2) 对图9-52中所示内容进行设置后，单击“OK”，即可生成顶层的光绘文件。 (3) 选择【Output】【Gerber View】菜单项，打开一个浏览窗口，选中前面所产生的“CADCAM READ-ME”文件(Cpu-CADCAM READ-ME.TXT)，弹出“Gerber View”对话框，如图9-53所示。,图9-52 CADCAM输出对话框 图9-53 查看Gerber文件对话框,(4) 单击“OK”确定。由于在图9-53所示对话框中选择了几乎所有内容，所以显示的“Gerber”文件如图9-54所示。,
9、图9-54 显示出的Gerber文件,也可以针对某一项内容进行显示。例如将查看“Gerber”文件对话框设置为如图9-55所示情况，则显示出的“Gerber”文件如图9-56所示。,图9-55 查看Gerber文件对话框,图9-56 顶层Gerber文件,9.13 多层PCB电路板的设计,印制板种类很多，根据导电层数目的不同，可以将印制板分为单面电路板(简称“单面板”)、双面电路板(简称“双面板”)和多层电路板。 单面板由于成本低、设计简单而被广泛采用于简单电路的设计中，它是印刷电路板设计的基础。 双面板的电路一般比单面板复杂，由于双面都能布线，在设计相对较复杂的电路时可缩小电路板面积，具有节
10、约材料、减少占用空间、降低信号干扰等优点；但由于需要制作连接上下面印制导线的金属化过孔，生产工艺流程比单面板多，成本高。,如果电路图中元器件连接关系十分复杂，器件工作频率也比较高，双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求，于是必须使用多层板。在多层板中导电层的数目一般为四、六、八、十等。因为不对称的层压，印刷电路板板面容易产生翘曲，特别是对表面贴装的多层板，更应该引起注意。对多层印刷电路板来说，四层板、六层板的应用最为广泛。以四层板为例，其构成部分就是两个导线层(元件面和焊接面)、一个电源层和一个地层。,在多层板的设计中，有以下问题需要注意： 首先从电路原理方面考虑元器件的位置、摆放方向，以迎合电路
11、的走向。摆放的合理与否，将直接影响该印制板的性能，特别是高频模拟电路，对器件的位置及摆放要求显得更加严格。先确定特殊元器件(如大规模IC、大功率管、信号源等)的位置，然后再安排其他元器件，尽量避免可能产生干扰的因素。另一方面，应从印制板的整体结构来考虑，避免元器件的排列疏密不均，杂乱无章。这不仅影响了印制板的美观，同时也会给装配和维修工作带来很多不便。,对于布线层、布线区，多层印制板布线是按电路功能进行安排，在外层布线时，要求焊接面多布线，元器件面少布线，有利于印制板的维修和排除故障；细、密导线和易受干扰的信号线，通常是安排在内层；大面积的铜箔应比较均匀地分布在内、外层，这将有助于减少板的翘曲
12、度，也使电镀时在表面获得较均匀的镀层；为防止外形加工及印制导线和机械加工时造成层间短路，内外层布线区的导电图形离板边缘的距离应大于50th。,多层板走线要把电源层、地层和信号层分开，减少电源、地、信号之间的干扰。相邻两层印制板的线条应尽量相互垂直或走斜线，不能走平行线，以减少基板的层间耦合和干扰。且导线应尽量走短线，特别是对小信号电路来讲，线越短，电阻越小，干扰越小。同一层上的信号线，改变方向时应避免锐角拐弯。导线的宽窄，应根据该电路对电流及阻抗的要求来确定，电源输入线应大些，信号线可相对小一些。对一般数字电路板来说，电源输入线线宽可采用5080th，信号线线宽可采用610th。布线时还应注意
13、线条的宽度要尽量一致，避免导线突然变粗或突然变细，有利于阻抗的匹配,一般来说，多层板上的元器件钻孔大小与所选用的元器件引脚尺寸有关，钻孔过小，会影响器件的装插及上锡；钻孔过大，焊接时焊点不够饱满。一般来说，元件孔孔径及焊盘大小的计算方法为“元件孔的孔径元件引脚直径(或对角线)+(1030th)，元件焊盘直径元件孔直径18th”；至于过孔孔径，主要由成品板的厚度决定，对于高密度多层板，一般应控制在板厚为：孔径51的范围内；过孔焊盘的计算方法为“过孔焊盘(VIA PAD)直径过孔直径12th”。,对电源层、地层及过孔的要求是，多层印制板起码有一个电源层和一个地层。由于印制板上所有的电压都接在同一个
14、电源层上，所以必须对电源层进行分区隔离，分区线的大小一般采用2080th的线宽为宜，电压越高，分区线越粗。焊孔与电源层、地层连接处，为增加其可靠性，减少焊接过程中大面积金属吸热而产生虚焊，与电源层、地层非连接功能的隔离盘应设计为“隔离焊盘的孔径钻孔孔径+20th”。,安全间距的设定，应满足电气安全的要求。一般来说，外层导线的最小间距不得小于4th，内层导线的最小间距也不得小于4th。在布线能排得下的情况下，间距应尽量取大值，以提高制板时的成品率及减少成品板故障的隐患。 多层印制板的设计，还必须注意整板的抗干扰能力，一般方法有：在各IC的电源、接地附近加上滤波电容，容量一般为473或104；对于印制板上的敏感信号，应分别加上伴行屏蔽线，且信号源附近尽量少布线；选择合理的接地点。,印制板的加工，一般都是外协加工，所以在外协加工提供图纸时，一定要准确无误，尽量说明清楚，应注意诸如材料的选型、压层的顺序、板厚、公差要求、加工工艺等，都要说明清楚。在PCB导出Gerber时，导出数据建议采用RS274X格式(参见图9-60)，因为它有如下优点：CAM系统能自动录入数据，整个过程不需人工参与，可避免许多麻烦，同时能保持很好的一致性，减少出差错率。 总之，多层印制板的设计内容包含的面很广，在具体设计过程中，还应注意其工艺性、可加工性。只有通过不断地实践和积累经验，才能设计出高品质的电路板。,
