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1、印制电路板的设计,信息工程学院电子信息科学与技术教研室谷丽华,学习要点,掌握单面板和双面板的设计流程 掌握在PCB项目工程中添加PCB文档的方法 掌握自动约束的设置及布线的修改,PCB设计流程,设计原理图并生成网络表 PCB设计设置：电路板结构及尺寸等参数 更新网络表或PCB 修改封装与布局 布线规则设置：导线宽度、安全间距等 自动布线或手工布线 手工调整布线 保存文件与输出,印制电路板的设计,单面板的设计双面板的设计,单面板的设计,新建PCB文档 电路板设计的规划和环境设置 调入网络表 元件的布局 设计规则设置 印制电路板的布线 更新设计项目 验证设计项目 其它后续处理,新建PCB文档,在工
2、程中添加一个 PCB文档 新建一个PCB自由文档，然后添加到工程中,在工程中添加一个PCB文档,打开要添加PCB文档的工程鼠标放在工程上，点右键-add new to project- pcb，则在该工程下生成一个名为pcb1.pcbdoc的文档，存盘并改名，然后人工定义板子的尺寸，在PCB文档中用keep-out层的导线定义板子的外形尺寸，也可用向导生成。,单击下面面板标签files-new from template-pcb board wizard，点next，选择度量单位，Imperial为英制，1inch=1000mil，Metric为公制单位，mm，1inch=25.4mm,即10
3、0mil=2.54mm。点next,选择电路板轮廓,选custom,自定义.点next,选板子形状：矩形(rectangular)，圆形(circle)，自定义(custom)，这里选rectangular,board size项中，width和height中填写板子的长和宽。注：电路板最佳形状是矩形，长宽比为3：2或4：3,点next,选择板层，信号层为2层，电源层为0层，点next,过孔类型为通孔(thruhole),多层板则选择盲孔和隐藏导孔(blind and buried)。 点next,设置元件/导线技术，选择是表面安装器件还是插孔式安装，若为表面式安装，则选择是一面放件还是双面放
4、件，若为插孔式安装，则选择相邻焊盘间的导线数。 点next,设置导线/导孔属性，点next，然后点finish，完成设置。 存盘并改名。,新建一个PCB自由文档的方法类似于在工程中建一个PCB文档。 将自由文档添加到工程中：打开工程，选中工程，单击鼠标右键，选add exiting to project，在弹出的对话框中选择要添加的pcb文档，点打开，即可加入该文档。 注：移除文档类似添加文档，选中要移除的文档，单击鼠标右键，选remove from project即可。,电路板设计的规划和环境设置,定义PCB工作板层：电路板是由层面构成的，protel提供三种类型的层面 1、电气层：32个信
5、号层和16个平面层 2、机械层：16个 3、特殊层：顶层和底层丝印层、阻焊层和助焊层，禁止布线层、多层、连接层、DRC错误层、栅格层和孔层 电路板设计的环境设置,定义PCB工作板层,设置电路板层：执行菜单design-layer stack manager,图中给出两个工作层，（顶层和底层），对于多面板，则需添加板层（自学） 板层显示和颜色设置：执行菜单design-board layers&colors ，可以按自己的喜好设置颜色。 注：这里特别注意对于一般的单层板和双层板来说，顶层（top layer）、底层(bottom layer)、丝印层(top or bottom overlay)
6、、DRC检查错误标志层(DRC error marker)的颜色要特别注意。,电路板设计的环境设置,执行design-board options，可进行以下设置： 度量单位(measurement unit)：imperial:英制metric:公制 捕获栅格(snap grid)：光标每次移动的最小距离，一般为100mil的平均分数，可设20mil 可见栅格(visible grid)：marker为栅格类型，grid1可设20mil， grid2可设1000mil 电气栅格(electrical grid)：自动搜索电气节点的范围， 一般采用默认值。 图纸属性(sheet position
7、)：一般采用默认值,调入网络表,打开与PCB文档对应的原理图文档执行design-update pcb *.pcbdoc(这里*.pcbdoc为我们刚建的PCB文档)，或打开我们刚建的PCB文档，执行design-import changes from *.prjpcb(这里*.prjpcb为工程名),在弹出的设计项目修改对话框中单击validate changes按钮，如果所有改变有效，check选项出现勾选，说明没有错误，如有错误，则修改原理图，直到没有错误，单击execute changes按钮,完成后Done状态勾选。 单击close，关闭对话框，所有元件和飞线已经出现在PCB文档中。
8、,元件的布局,把元件封装放置在印制电路板上的过程称为元件布局。自动布局（不太常用）：执行tools-auto placement-auto placer(其选项可参考相关书)手动布局（常用）,手动布局,将元件从元件合（rooms）中人工地布局在印制电路板上，方法与原理图中移动元件类似，在移动过程中，飞线不会断开。 如有需要，在布局前要打安装孔：执行place-pad,按 tab键编辑属性，hole size项输入孔径：3mm，size and shape中，x-size和y-size项输入孔外径：5mm，shape项选round,在布线结束后，将5mm改回3mm。Designator输入名称，
9、如K，放置到线路板的四角。,布局原则,特殊元件的布局： 1、高频元件：元件间连线越短越好，易受干扰的元件不能离得太近，输入和输出元件距离应远一些 2、具有高电位差的元件：加大距离，避免短路损坏元件。 3、重量太大的元件：应有固定支架，又大又重、发热又多的元件不宜放在线路板上，如低度频功放实验中的变压器,4、发热与热敏元件：发热元件应远离热敏元件5、可以调节的元件：注意应方便调节，如可调电阻、可调电感、可调电容等6、电路板安装孔和支架孔：应预留，这些孔的周围不能布线。,布局原则（续）,按照电路功能布局： 1、如无特殊要求，按原理图元件安排布局，信号从左边入，右边出，从上边入，下边出。2、以每个功
10、能电路为核心，围绕核心布局，元件安排均匀、整齐。3、数字电路和模拟电路应分开布局,布局原则（续）,元件离电路板边缘的距离：所有元件应放置在离板边缘3mm以内。 元件放置顺序： 首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关、连接插件。再放特殊元件，如发热元件、变压器、集成电路等最后放小元件，如电阻、电容、二极管等,元件的布局,移动元件：直接选中元件拖动到合适的地方放置即可，或执行命令Edit-Move-Component（可用快捷键M，C实现），单击鼠标左键，选择要放置的元件，然后放置在合适的位置。 遵守布局规则，进行合理布局。 元件对齐：选中要对齐的元件，执行tools-i
11、nteractive placement,然后选择相应的对齐命令即可使所选元件对齐。 移动到栅格：选中所有的元件，执行tools- interactive placement-move component to grid,设计规则设置,意义：在线路板设计过程中执行任何一个操作，都是在设计规则允许的情况下进行的，因此，设计规则是否合理将直接影响布线的选题和成功率。规则分类：10个类别，包括电气、布线、制造、放置信号完整性要求等，多数采用默认的设置。,以电源板为例的单面板设计规则,执行Design-Rules，启动PCB规则和约束编辑(PCB Rules and Constraints Edito
12、r)对话框，进行规则设置。 在左边显示的规则类别中，选中其中任何一个，单击鼠标右键，可添加设置约束。 布线约束：,布线约束（线宽）,最小线宽不小于0.2mm(约为8mil),如果板面积足够大，最小线宽和绝缘间距选择0.3mm (约为12mil)。一般情况下，1-1.5mm（约为40-60mil）的线宽，允许流过2A的电流。地线和电源线最好选用大于1mm（40mil）的线宽。,布线约束（拐角及绝缘间距）,铜膜线应尽可能的短，在高频电路中更是如此。拐角应为圆角或斜角，避免直角或尖角，双面板布线时，两面导线应相互垂直、斜交，避免相互平行，以减少寄生电容。相邻铜膜线间的间距应该满足电气安全要求，为便于
13、生产，应越宽越好，最小间距至少能承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。,单面布线设置,电气(electrical)：绝缘间距(clearance)，短路约束(short-circuit)：一般可选默认值。 布线：布线层(Routing Layers)，宽度(Width)，网络拓朴(Routing Topology)，优先级(Routing Priority)，布线拐角(Routing Corners)，过孔类型(Routing via style) 其它可选默认值：如SMT , Mask, Testpoint , Manufacturing, High Speed, P
14、lacement, Signal Integrity 采用默认值的选项含义见书上解释。,布线层(Routing Layers)和 布线拐角(Routing Corners),对于单面板，顶层只放置元件不布线，底层为布线层。因此，在constractions中，选中Bottom Layer,将Top layer项的勾选去掉，其它不改。Style项设置导线转角方式，一般选45度角。,宽度(Width),单击左侧的width，则右边显示整个板子的宽度约束，如需要增加约束条件，则在左侧选中width，单击右键，在弹出的菜单中选new rule,则新建一个约束，名为width_1，可在右侧name项改名
15、，设置约束，选择相应的对象，设置最小、最大及参考宽度。一般电源线、地线较宽，其它信号线较窄。根据电流大小设置线宽。,印制电路板的布线,目的：放置导线（interactive routing）和过孔(via)将印制电路板上元件封装的焊盘连接起来 方式：1、手工布线2、自动布线 一般好的设计要手动布线。要求不高场合可用自动布线后再手工修改布线的方法。,自动布线,自动布线规则设置：在自动布线前要先设置好布线规则和自动布线策略，执行菜单auto route-setup，可进行相应设置，一般布线策略可用默认值，布线规则可在设计规则中设置，前已说明。 自动布线的实现：执行菜单auto route命令，然后
16、选择自动布线的范围： All:整个线路板的布线。 Net: 对指定的网络进行布线。 Connection: 对指定的焊盘进行焊点对焊点布线。,Component: 对指定的元件进行布线。 Area:对指定的区域进行布线。 Room:对指定的范围进行布线。 Stop:使正在布线的电路板停止布线。 Reset:对已布线过的电路板采取重新布线。 Pause:对正在布线的电路板暂停布线。 Restart:对使用过pause命令之后再恢复布线。,手动布线,对自动布线后的不合理布线进行调整。 执行place-interactive routing(单击鼠标右键，在弹出的菜单中选interactive ro
17、uting),将光标移到连线的起始位置单击来确定导线的起始位置，移动光标，来自起点的实线表示要放置的导线，连在光标上的空心线称为先行段导线，可以绕开障碍物，在确定的地方单击鼠标左键确定导线拐点，在放置导线过程中，如需改变方向，可按空格键。,更新设计项目,在线路板设计过程中，如对SCH或PCB中的某一个元件进行修改，需要反映到另一个文件中，则可用更新设计项目来实现。 由PCB更新SCH：在PCB窗口中，执行design-update schematic in *.prjpcb,启动更改对话框，单击validate changes,检查改变是否有效，如有效则status栏中的check列出现对号，否则出现错误符号。单击execute changes将有效的修改发送到SCH，完成后Done列出现对号，单击close关闭对话框。 由SCH更新PCB ：在SCH窗口中，执行design-update PCB *. Pcbdoc,其它操作同上。,
