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1、6.1 PCB设计基础 6.2 PCB设计编辑器 6.3 PCB设计环境的设置,第6章 印制电路板设计环境,6.1 PCB设计基础,在学习PCB设计之前，我们要先来了解一下有关PCB的概念、结构形式、设计流程和设计的一般原则。,6.1.1 PCB的结构,PCB是印制电路板(Printed Circuit Board)的英文缩写。按电路板导电层数，印制电路板可分为单面板、双面板和多层板。,1单面板,单面板是指只有一面敷铜的电路板。,2双面板,双面板是指两面都敷铜的电路板，由顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）构成。顶层用于放置元器件，底层用于焊接元器件引脚。,3多层板,多
2、层板是由交替的工作层及绝缘层叠压粘合而成的电路板。如图6-1所示为典型的四层电路板的结构，包含顶层、底层和两个中间层。,图6-1 典型的四层电路板的结构,6.1.2 PCB图的常用设计对象,PCB图的设计对象主要有Component（元器件封装）、Pad（焊盘）、Via（过孔）、Track（铜膜导线）、Fill（矩形填充）、Polygon Plane（多边形敷铜）、Arc（圆弧）、String（字符串）和Clearance Constraint（安全间距）等。,1元器件封装,元器件封装是指实际元器件焊接到电路板上时所指示的外观和焊盘的位置。,1）针脚式元器件封装 采用针脚式元器件封装的元器件很
3、多，如电阻、电容、晶体管、双列直插式（DIP）元器件等。这类封装的元器件在其焊盘属性对话框中，PCB图的Layer（层）属性必须设为Multi Layer（多层）。,2）表面贴片式元器件封装 表面贴片式元器件封装指元器件引脚用焊锡粘贴在PCB板的表层，这类元器件在焊盘属性对话框中，Layer（层）属性必须设为单一板层，如Top Layer或Bottom Layer。,3）元器件封装图与元器件原理图之间的关系 原理图元器件的引脚号码必须与元器件封装图中的焊盘号码一致，否则会在网络表装入电路板图环境时出现错误。,2焊盘,焊盘用于固定元器件引脚、引出线或测试线等。,3过孔,过孔又称金属化孔，实现不同
4、导电层之间的电气连接。过孔有3种类型：穿透式过孔，盲过孔，隐藏过孔。过孔的内径与外径尺寸一般小于焊盘的内、外径尺寸。,4铜膜导线与飞线,（1）铜膜导线。电路板上用于传递各种电流信号的铜质导线称铜膜导线，简称导线。 （2）飞线。用来指引自动布线的一种连线。 （3）导线与飞线的关系。飞线指用来指示导线的实际布置，没有电气连接意义，导线实现飞线的意图，是具有电气连接意义的连线。,5大面积敷铜,两种作用，一种是散热，另一种是用于屏蔽来减小干扰。,6安全间距,进行PCB设计时，为避免导线、过孔、焊盘、元器件距离过近而造成相互干扰，而在它们之间留出一定的间距，这个间距称为安全间距。,6.1.3 PCB的设
5、计方法,印制电路板设计的一般步骤可用流程图表示，如图6-6所示。,6.1.4 PCB设计的一般原则,1元器件布局的一般原则,（1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通， 并使信号尽可能保持一致的方向。 （2）以每个电路的核心元器件为中心，围绕它进行布局，元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各个元器件之间的引线和连接。 （3）易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元器件应尽量远离。 （4）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引起短路。带强电的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 （5）较重的元器件，应当用支
6、架加以固定，然后焊接。 （6）发热元器件应放在有利于散热的位置，必要时可装散热器。 （7）热敏元器件应远离发热元器件。 （8）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局，应考虑整机的结构。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 （9）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般在2mm以上。 （10）电路板的最佳形状为矩形，长宽比例为32或43。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。,2布线的一般原则,（1）输入和输出的导线应尽量避免相邻平行。 （2）印制板导线最小宽度主要由导线与绝
7、缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。 （3）导线宽度不宜大于焊盘尺寸。 （4）印制板导线不能有急剧的拐角和拐弯，拐角不得小于90，最佳的拐弯方式是采取圆弧形。 （5）模拟电路和数字电路的地线应分开布线以减少相互干扰。 （6）在设计PCB时，不允许有交叉的铜膜走线，对于可能交叉的线条，可以用“钻”或“绕”的办法解决。 （7）设计PCB图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位置是否正确。,6.2 PCB设计编辑器,1启动PCB设计编辑器,1）通过新建一个设计数据库文件启动： 执行File/New命令弹出新建设计文档对话框，选中PCB Do
8、cument图标后确认生成PCB1.PCB的文档；双击PCB1.PCB图标，即可启动PCB设计编辑器，如图6-8所示。,6.2.1 PCB设计环境的进入和退出,2）通过打开已存在的设计数据库文件启动： 执行File/Open命令，在弹出的对话框中找到要打开的设计数据库文件名，单击打开按钮；在设计管理器中，找到扩展名为“.PCB”的文件，单击该文件 ，即可启动PCB设计编辑器。,2退出PCB设计编辑器,执行菜单File/Close命令，或在要关闭的PCB文件的标签上单击右键，选择Close命令，都可退出PCB设计编辑器。,6.2.2 PCB工具栏,1.主工具栏(Main Toolbar),图6-
9、10 PCB设计编辑器的主工具栏,主工具栏主要为一些常见的菜单操作提供快捷按钮。 通过执行菜单View/Toolbars/Main Toolbar命令，可实现主工具栏的打开或关闭。PCB编辑器的主工具栏如图6-10所示。表6-3给出了主工具栏中各按钮的功能。,表6-3 主工具栏各按钮的功能,图6-11 放置工具栏,2放置工具栏,通过执行菜单命令View/Toolbars/Placement Tools，可打开或关闭放置工具栏。放置工具栏如图6-11所示，各按钮的功能如表6-4所示。,表6-4 放置工具栏各按钮的功能,3元器件布局工具栏,4查找选取工具栏,通过执行菜单View/Toolbars/
10、Find Selections命令，可打开或关闭查找选取工具栏。查找选取工具栏如图6-13所示。,通过执行菜单View/Toolbars/Component Placement命令，可打开或关闭元器件布局工具栏。元器件布局工具栏如图6-12所示。,图6-12 元器件布局工具栏,图6-13 查找选取工具栏,用鼠标单击主工具栏的 按钮，或执行菜单View/Design Manager命令，可打开或关闭PCB管理器。,5状态栏与命令栏,执行菜单View/Command Status命令，可打开或关闭命令栏，命令栏将显示当前正在执行的命令。,执行菜单View/Status Bar命令，可打开或关闭状态
11、栏。,6PCB管理器,打开的PCB管理器如图6-8中所示。,PCB管理器,如上图所示，Browse下拉按钮 包括Nets、Components、Library、Net Classes、Component Classes、Violations和Rules选项。下图所示分别为Nets（网络管理）、Components（元器件管理）、Libraries （元器件封装库管理）。,（2）画面的缩小。有4种方法可以实现：,1）用鼠标单击 按钮；,7编辑区的缩放,（1）画面的放大。有4种方法可以实现：,2）执行菜单View/Zoom In命令；,3）使用Page Up键；,4）在工作窗口中单击鼠标右键，在弹
12、出菜单中选择 Zoom In命令。,1）用鼠标单击 按钮；,2）执行菜单View/Zoom Out命令；,3）使用Page Down键；,4）在工作窗口中单击鼠标右键，在弹出菜单中选择 Zoom Out 命令。,1）用鼠标单击 按钮或执行菜单View/Area命令，可以实现对鼠标划定区域内容的放大显示。,2）执行菜单View/Around Point命令，将以中心区域方式进行放大显示。,（3）区域放大,1）用鼠标单击 按钮或执行菜单View/Fit Document命令，整个图形文件将显示在窗口内。,2）执行菜单View/Fit Board命令，整个电路板的内容将全部显示在窗口内。,（4）显示
13、整个图形文件/整个电路板,按下END键或执行菜单View/Refresh命令，系统对窗口内容进行刷新。,（5）画面的刷新,6.3 PCB设计环境的设置,1工作层的管理,Protel 99 SE提供了32个信号层、16个内部电源/地线层、16个机械层。在层堆栈管理器中用户可以定义板层结构，并能看到多层板组成的立体效果。,执行菜单Design/Layer Stack Manager命令，或在设计窗口单击鼠标右键，选择菜单Options/Layer Stack Manager命令，将弹出图6-14所示的层堆栈管理器对话框。,图6-14 层堆栈管理器对话框,6.3.1 电路板工作层的设置,2工作层的类
14、型,执行Design/Options命令，将弹出图6-18所示的Document Options对话框，在该对话框中可进行电路板工作层的设置。,图6-18 Document Options对话框,（1）Signal layers（信号层）：信号层包括Toplayer（顶层）、Bottomlayer（底层）和30个Midlayer（中间层），主要用于放置与信号有关的电气元素。,（2）Internal planes（内部电源/接地层）：主要用于布置电源线和接地线，该类型的层只能用于多层板结构中。,（3）Mechanical layers（机械层）：一般用于绘制各种指示标识和说明文字。执行菜单命令D
15、esign/Mechanical layers，将弹出如图6-19所示的机械层设置对话框，在该对话框中可以进行添加机械层、设置机械层是否可见等操作。,图6-19 机械层设置对话框,（4）Solder Mask& Paste Mask（阻焊层和锡膏层）。,（5）Silkscreen（丝印层）。丝印层主要用于放置元器件的轮廓、标注和各种注释等印制信息。,（6）Other（其他工作层）。 Keep out（禁止布线层）：用于设定电路板的电气边界和禁止布线区。 Multi layer（多层）：用于放置所有穿透式焊盘和过孔。 Drill layer（钻孔层）：用于标识钻孔的位置和尺寸类型。,（7）Sys
16、tem（系统设置）。在System区域中，设置PCB系统参数，各项功能如下： DRC Errors：设置是否显示电路板上违反DRC的检查标记。 Connections：设置是否显示飞线。 Pad Holes：设置是否显示焊盘的通孔。 Via Holes：设置是否显示过孔的通孔。 Visible Grid1：设置是否显示第一组栅格及栅格大小。 Visible Grid2：设置是否显示第二组栅格及栅格大小。,3工作层的设置,执行菜单Design/Options命令或单击右键，选择Options/Board Options命令将打开如图6-18所示的工作层设置对话框。 （1）选择工作层。在弹出的对话框中选择“Layers”选项卡，相应工作层前的复选框为选中状态，则表示该工作层被打开，否则处于关闭状态。,（2）设置工作层参数。在弹出的对话框中选择Options选项卡，可打开如图
