基于PROTEUS设计制作印刷电路板

基于PROTEUS设计制作印刷电路板罗东卢超（陕西理工学院物理系，陕西汉中，723000）摘要：介绍PROTEUS设计制作PCB的操作环境、工具箱、工作区、各菜单功能等。并结合实例讲解PROTEUS设计制作印制电路板的全过程，掌握此软件制作电路板的方法及印制电路板的一般设计步骤与注意事项。PROTEUS可进行自动布局、自动布线，不但设计功能完善，而且操作界面十分友好、形象，易于掌握。是学习与教学的首选软件。关键词：PROTEUS；印制电路板；自动布局；自动布线；三维视图；1．仿真软件ARES简介PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台主要包括强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB设计三个功能模块。ARES(AdvancedRoutingandEditingSoftware)主要是用于PCB设计的后端工具模块，它与ISIS.EXE结合可以将设计调试好的原理图电路很方便的变成印刷电路板，并且其设计结果可以生成光绘机需要的Gerber格式版图设计文件。此过程包括原理图设计，网络表的编译与加载，器件放置，设置约束规则，布线并调整，检查与修改等操作步骤。与其它同类的Layout设计工具相比较，最具特色的两个功能是：(1)PROTEUS在7.4版本中提供了基于形状的布线器，具有四种操作模式。其高效的撤销和重新自动布线功能可快速布置出符合用户要求且较完美的板图，为用户节省大量时间。(2)PROTEUS可以为打印机、绘图仪、贴片仪等设计多种格式的输出文件，包括GERBER格式和智能水平最高的ODB++格式。（3）3DVisualization功能可以使设计者时刻观察电路板,并且可从自身的视觉效应出发对PCB板各层面进行不同颜色的观察。从而使自己的PCB设计尽可能达到比较完美的布局、布线效果。2．印制电路板设计步骤与注意事项使用EDA工具设计电路板的过程常常就是从顶层方案设计入手，经过输入电路、模拟仿真等前端设计阶段，最终到物理实现级（如PCB设计）设计结果的过程。通过实例归纳步骤如下：1）电路文件导入（网络表文件输入）及框架设计。设计印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，采用几层电路板，各元器件采用何种封装形式及其安装位置等。2）参数设置。主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。3）元器件布局。元件布局合理，对下一步自动布线至关重要。4）自动布线及手工调整。5）印刷电路板设计检查、修改。6）文件的保存、输出。注意事项：在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得近一些，电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外，在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方向一致尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，PROTEUS提供了自动布局,推荐使用，之后稍做调整即可达到设计要求。布线方面首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起；数字器件和模拟器件要分开，尽量远离；去耦电容尽量靠近器件的电源；放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。3．PCB板图设计应用实例3.1PROTEUS文件导入（网表输入）利用PROTEUS设计PCB时，并不是孤立地使用ARES模块，一个完整的PCB设计过程需要在前端设计上有ISIS模块的支持，它完成原理图的调试，然后再导入ARES模块进行PCB设计。图1是在PROTEUSISIS编辑环境中建立的EEPROM电路图。注意电路中不能出现虚拟器件(示波器、电源等除外)。导入文件前首先需在PROTEUSISIS环境中确定原理图中每个器件具有封装：右击元器件，在弹出的下拉菜单中点击“EditProperties”对话框,然后单击如图2中所示的“？”，进入“PickPackages”图3所示对话框，修改或选择适合自己设计的封装即可。图1EEPROM电路图其次选择工具菜单栏的“Tools”项，在弹出的下拉菜单中点击“NetlisttoARES”，即可进入ARES系统。图2“EditComponent”对话框图3“缺省走线宽度和间距”对话框3.2印制电路板布局在PCB轮廓线内放置元件封装时的元件相对空间位置，包括哪些元件应该彼此相邻、哪些元件应该放置得相对远一些，元件与元件之间的距离保持多大等等，都属于印刷板的布局问题。布局是否达到最佳状态，直接关系到印刷板整体电磁兼容性能和造价，最佳布局会使接下来的布局线更为容易和有效。图4EEPROM电路板布局（1）自动布局(AutoPlacer):首先应保证电路板具有边界：点击左侧工具箱中的”2DGraphicsBoxMode”按钮，从窗口的左下角下拉列表框中选择BoardEdge,在工作窗口中画一个矩形（此矩形大小可二次调整）。其次选择工具菜单栏的“Tools”项，点击“AutoPlacer”菜单项，在弹出的窗口中设置好相关属性后点OK按钮。（2）手动调整(DensityBar):在自动布局完毕后，单击左侧工具栏的光标按钮后即可移动元件，使其达到一定的要求。移动并调整元件的位置和方向至电路板布局如图4所示。3.3PCB板文件参数设置选择System菜单项后，单击“SetLayerUsage”,可以对PCB板的层数进行设置；单击”SetStrategies”可对焊盘间距（Pad_PadClearance）、线距(Trace_TraceClearance)等内容进行设置;单击”SetDefaultRules”可对一些软件默认规则进行重新设置。3.4电路板的布线、调整（1）进行自动布线在布局完成之后，可以先布一些特殊的线，如电源线、地线等，可以在PCB板角上作定位孔等。也可以布线完成以后进行这些工作。如图6所示：点击菜单栏”Tools”选择框后单击AutoRoute子菜单，在弹出的下拉菜单中设置好各项参数，点击OK按钮对电路板顶层进行自动布线。这时观察工作区，可能看到有一部分线无法走线，或者还有一部分线因为交叉也不能走通，系统给出错误报告。这是因为电路板上某一部分走线密度过大，此时可按Esc先停止自动布线。（2）手工调整根据错误报告的提示调整器件位置，然后点击工具栏中的TrackMode按钮，右侧列表框中选择T10对线路中的飞线及密集处进行手动修改。选中导线，选择Edit/可删除导线。（3）整理线路：选择Tools菜单项后单击AutoRouter子菜单，弹出AutoRouter对其进行设置如图5所示。整理后的PCB如图6所示。图5自动整理功能设置对话框图6自动整理后的PCB图（4）三维视图观察最后放置安装孔。选择Place/FromDatabase，打开GetapartfromtheDatabase对话框。在Database面板中，展开ThroughHoleTechnologyParts目录，进入Holes目录，选中Hole35元件，单击OK。Getapartfromthedatabase对话框消失，并提示输入Refdes和Value。输入孔的参考标号（H1）和值（HOLE），单击OK。在电路板上移动光标，元件随附在光标上。当孔位于左上角的适当位置时，单击将其放置在电路板上。再次出现EnterReferenceDesignationforComponent对话框，而且参考标号自动增加为H2、H3等等，用同样的方法放置其它几个安装孔。这样就完成了电路板的制作。电路印刷板布线图如图9所示。在整个过程中我们可以随时打开3D窗口，对电路板设计效果进行观察，从而保证对所设计的电路板有个直观的认识，对电路中元件布局及时进行调整。使PCB设计尽可能达到比较完美的布局、布线效果。图10和图11分别为PCB板顶层和底层3D图。图10PCB板顶层3D图图11PCB板底层3D图3.5印刷电路板的设计检查、修改选择“Tools”菜单下的CRC(ConnectivityChecker)和DRC(DesignRuleChecker)子菜单可对布线后的印制板进行设计检查。CRC主要检查PCB板的连通性错误，而DRC检查则是一种侧重于物理错误设计规则检查。错误会议对话框提示信息的形式给出，便于修改。3.6文件保存、输出完成必要的设计整理工作后，利用菜单“File”下的输出不同格式和用途的设计文件。4．结语在电子设计中，利用PROTEUS设计印刷电路板是一种方便、易行的方法。PROTEUS主菜单的应用同其他的Windows环境下的应用程序一样，让用户使用时不会感到有什么困难。它具有的两种操作环境使文件很方便的传输，还不会出现传输错误。此软件入门容易，是学习与教学的首选软件。参考文献：[1]李良荣主编.EWB9电子设计技术[M].机械工业出版社,2007.08[2]路而红主编.虚拟电子实验室——Multisim7&Ultiboard[M].人民邮电出版社.2005.05[3]卢超.负反馈放大电路的仿真分析[J].现代电子技术.2005[4]张建军.基于Ultiboard印制板设计与实现[J].工业科技.2006[5]张庆玲，葛利伟，严晓明，王伟东.用Multisim7和Ultiboard设计制作检测技术实验箱[J].仪表技术.2008DesignandproductionofPCBbaseonultiboardLuoDongLuChao(DepartmentofPhysics，ShaanxiUniversityofTechnology，HanzhongShaanxi723000，China)Abstract：Introducetheoperatingenvironment,toolkit,workandthemenufunctionsofultiboardondesigningandproducting.Moreover,explainedthedesigningsteps,attentionmatters,thewholeprocessindesigningPCBindetailcombiningwithspecificexamplessoastomastertheusingmethodofthesoftwareusedoncircuitboard.Ultiboardcandoautomaticcircuitlayout.Thissoftwareisnotonlymoreperfectindesignfeaturesbutalsoveryeasytomaster,vivid,friendlyinoperatinginterface.Ultiboardisthepreferredsoftwareinlearningandteaching.Keywords：Ultiboard10;PCB;Autorouting;MandatoryVector;3-Dview;罗东(1986—),男,陕西省汉中市人,陕西理工学院物理系,研究方向:电子信息科学与技术。卢超(1979—),男,陕西省汉中市人,陕西理工学院物理系讲师,从事电子技术,测控方面的研究。地址：陕西省汉中市汉台区朝阳路陕西理工学院（南区）物理系罗东邮编：723000电话：[phone]Email：[e-mail]