第5章 双面印制电路板设计

第5章双面印制电路板设计举例第5章双面印制电路板设计举例5.1原理图到印制板5.2设置工作层5.3元件布局操作5.4布线及布线规则5.5信号完整性分析5.6打印输出第5章双面印制电路板设计举例5.1原理图到印制板印制板编辑、设计是电子设计自动化（EDA）最后的也是最关键的环节。对于同一电路系统来说，原理图中元器件电气连接与印制板中元器件连接关系应完全同。第5章双面印制电路板设计举例完成了原理图编辑后，在Protel99中，如何将原理图中元件的电气连接关系转化为印制板中元件的连接关系？可通过如下方法之一实现原理图到印制板图的转换。必须在原理图的编辑过程中输入元件的封装形式!第5章双面印制电路板设计举例在原理图编辑状态下，执行“Design”菜单下的“CreateNetlist…”命令，——生成含有原理图元件电气连接关系信息的网络表文件（.net），然后将网络文件装入PCB文件中。这是Protel98及更低版本环境下，原理图文件与印制板文件之间连接的纽带，Protel99依然保留这一功能。(1)通过“网络表”文件生成印制板文件。第5章双面印制电路板设计举例在Protel99原理图编辑状态下，执行“Design”菜单下的“UpdatePCB…”（更新PCB）命令——生成或更新PCB文件，并把原理图中的元件封装图及电气连接关系数据传送到PCB文件中。Protel99原理图文件（.sch）与印制板文件（.pcb）具有动态同步更新功能。(2)通过“更新”方式生成PCB文件。第5章双面印制电路板设计举例在编辑印制板前，必须先编辑好原理图文件。1.通过“更新”方式生成PCB文件在原理图编辑状态，执行“Design”菜单下的“UpdatePCB…”命令，生成相应的PCB文件。首次执行更新PCB命令时，将给出如图5-1所示的提示信息。5.1.1通过“更新”方式生成PCB文件第5章双面印制电路板设计举例图5-1首次执行更新PCB命令弹出的设置窗选择“I/O端口、网络标号”连接范围更新PCB图中元件封装删除原理图中没有连接的孤立元件第5章双面印制电路板设计举例根据原理图结构，选择“I/O端口、网络标号”连接范围：对于单张电原理图来说，可以选择：“SheetSymbol/PortConnections”“NetLabelsandPortGlobal”或“OnlyPortGlobal”方式中的任一种。第5章双面印制电路板设计举例对于含有多张原理图的层次电路结构原理图来说：如果在整个设计项目（.prj）中，只用方块电路I/O端口表示上、下层电路之间的连接关系，则将“Connectivity”设为SheetSymbol/PortConnections。第5章双面印制电路板设计举例如果网络标号及I/O端口在整个设计项目内有效：即不同子电路中所有网络标号、I/O端口相同的节点均认为电气上相连，则将“Connectivity”设为NetLabelsandPortGlobal。第5章双面印制电路板设计举例如果I/O端口在整个设计项目内有效，而网络标号只在子电路图内有效：即在原理图编辑过程中，严格遵守同一设计项目中不同子电路图之间只通过I/O端口相连，不通过网络标号连接，即网络标号只表示同一电路图内节点之间的连接关系时，则将“Connectivity”设为OnlyPortGlobal。第5章双面印制电路板设计举例单击“Change”标签（或单击“PreviewChange”按钮），观察更新后的改变情况，如图5-2所示。2.预览更新情况第5章双面印制电路板设计举例图5-2更新信息第5章双面印制电路板设计举例查看错误列表窗口内将给出错误原因；分析错误列表窗口内的提示信息，找出出错原因；并按下“Cancel”按钮，放弃更新；返回原理图编辑状态，更正后再执行更新操作，直到更新信息列表窗内没有报告出错为止。第5章双面印制电路板设计举例图5-3原理图不正确时的更新信息第5章双面印制电路板设计举例Componentnotfound（没有元件发现），原因是原理图中指定的元件封装形式在封装图形库文件(.lib)中没有找到。Nodenotfound（没有发现焊盘），原因可能是元件电气图形符号引脚编号与元件封装图引脚编号不一致。FootprintXXnotfoundinLibrary（元件封装图形库中没有XX封装形式），原因是元件封装图形库文件列表中没有对应元件的封装图.常见的出错信息、原因以及处理方式如下：第5章双面印制电路板设计举例当“更新信息”列表窗内没有错误提示时，即可单击“Execute”（执行）按钮，更新PCB文件。3.执行更新如果不检查错误，就立即单击“Execute”按钮，则当原理图存在错误时，将给出如图5-4所示的提示信息。第5章双面印制电路板设计举例图5-4原理图存在缺陷不能更新时的提示第5章双面印制电路板设计举例如果原理图所在文件夹下没有PCB文件，则将自动产生一个新的PCB文件（文件名与原理图文件相同；如果当前文件夹下已存在一个PCB文件，将更新该PCB文件，使原理图内元件电气连接关系、封装形式等与PCB文件一致（更新后不改变未修改部分的连线）。因此，在Protel99中，通过“更新”操作，使原理图文件（.sch）与印制板文件（.pcb）保持一致。执行“Design”菜单下的“UpdatePCB…”命令后第5章双面印制电路板设计举例图5-5通过“更新”命令自动生成的PCB文件第5章双面印制电路板设计举例图5-6选择需要更新的PCB文件第5章双面印制电路板设计举例图5-7自动装入了元件封装图第5章双面印制电路板设计举例根据印制板形状及大小，在禁止布线层（KeepOutLayer）内，用“导线”、“圆弧”等工具画出一个封闭的图形，作为印制电路板布线区。4.在禁止布线层内设置布线区第5章双面印制电路板设计举例在禁止布线层内绘制印制电路板布线区边框的操作过程如下：(1)单击印制板编辑区下边框的“KeepOut”按钮，切换到禁止布线层。(2)在禁止布线层内绘制布线区边框时，单击“导线”工具后，原则上即可不断重复“单击→移动”的操作方式画出一个封闭多边形框。第5章双面印制电路板设计举例可采用如下步骤进行：单击“放置”工具栏中的“导线”工具。在禁止布线层内，先分别画出四条直线段，如图5-8所示，这时可以暂时不必关心其准确位置和长度。怎样精确定位电路板边框直线长度和位置？第5章双面印制电路板设计举例图5-8画出四条直线第5章双面印制电路板设计举例单击“放置”工具栏内的“设置原点”工具（或执行“Edit”菜单下的“Origin\Set”命令），将光标移到绘图区内适当位置，并单击鼠标左键，设置绘图区原点。将鼠标移到直线上，双击左键，进入“导线”选项属性设置窗，修改直线段的起点和终点坐标，如图5-9所示，然后单击“OK”按钮。第5章双面印制电路板设计举例图5-9修改直线选项属性设置窗第5章双面印制电路板设计举例用同样操作方法修改另外三条边框（上边框及左右边框）的起点和终点坐标后，即可获得一个封闭的矩形框，如图5-10所示。第5章双面印制电路板设计举例图5-10修改四条直线段起点和终点坐标后获得的矩形框第5章双面印制电路板设计举例可用手工方法将如图5-10所示的每一元件的封装图逐一移到布线区内（当然，在移动过程中，必要时可旋转元件方向）；也可以使用“自动布局”命令，将元件封装图移到布线区。怎样分离重叠在一起的元件？第5章双面印制电路板设计举例通过“自动布局”命令，将布线框内重叠在一起的元件彼此分开，以便浏览和手工预布局（这一操作的目的仅仅是为了使重叠在一起的元件彼此分离，无须设置自动布局参数）。操作过程如下：(1)执行“Tools”菜单下的“AutoPlace…”（自动布局）命令。(2)在如图5-16所示的自动方式窗口内，分别选择菊花链状方式和快速放置方式。第5章双面印制电路板设计举例图5-16设置自动布局方式第5章双面印制电路板设计举例图5-17执行“自动布局”后重叠在一起的元件已彼此分离第5章双面印制电路板设计举例5.2设置工作层执行“Design”菜单下的“UpdatePCB…”命令（或执行“File”菜单下的“New…”命令）生成的PCB文件，仅自动打开了Top（元件面）、Bottom（焊锡面）、KeepOut（禁止布线层）、Mech1（机械层1）及Multi（多层重叠）。第5章双面印制电路板设计举例执行“Design”菜单下的“Options”命令，并在弹出的“DocumentOptions”(文档选项)窗内，单击“Layers”标签，在如图5-5所示的窗口选择工作层。由于是双面板，只需选择信号层中的“Top”（顶层，即元件面）、“Bottom”（底层，即焊锡面），关闭中间信号层。双面电路板的工作层选择操作过程：第5章双面印制电路板设计举例为了降低PCB生产成本，只在元件面上设置丝印层（除非有特殊要求）。因此，在“Silkscreen”选项框内，只选择“Top”。假设所有元件均采用传统穿通式安置方式，没有使用贴片式元件，因此也就不用“PasteMask”（焊锡膏）层。打开阻焊层选项框的“Bottom”（底层）和“Top”（顶层），即两面都要上阻焊漆。在“Systems”选项框内，选中“Conne”（元件连接关系）复选项，以便在PCB编辑区内显示出表示元件电气连接关系的“飞线”，因为在手工调整布局时，通过“飞线”即可直观地判断是否需要旋转元件方向。第5章双面印制电路板设计举例同时也要选择“DRCError”（设计规则检查）复选项，这样在移动元件、印制导线、焊盘、过孔等操作过程中，当两个导电图形（印制导线、焊盘或过孔）间距小于设定值时，与这两个节点相连的导线、焊盘等显示为绿色，提示这两个导电图形间距不够。单击图5-5中的“Options”标签，选择可视栅格大小（一般设为20mil）、形状（线条）以及格点锁定距离（一般设为10mil），然后单击“OK”按钮，关闭“DocumentOptions”（文档选项）设置窗。第5章双面印制电路板设计举例如图：双面电路板的工作层选择第5章双面印制电路板设计举例5.3元件布局操作5.3.1元件布局过程及要求1.布局过程对于一个元件数目多、连线复杂的印制板来说，全依靠手工方式完成元件布局耗时多，效果还不一定好（主要是连线未必最短），而采用“自动布局”方式，连线可能最短，但又未必满足电磁兼容要求。第5章双面印制电路板设计举例因此一般先按印制板元件布局规则，先用手工方式放置好核心元件、输入/输出信号处理芯片、对干扰敏感元件以及发热量大的功率元件；然后再使用“自动布局”命令，放置剩余元件，最后再用手工方式对印制板上个别元件位置做进一步调整。总之，印制板元件布局对电路性能影响很大。第5章双面印制电路板设计举例印制板元件布局元件位置安排的一般原则：(1)在PCB设计中，如果电路系统同时存在数字电路、模拟电路以及大电流电路，则必须分开布局，使各系统之间耦合达到最小。(2)元件离印制板边框的最小距离必须大于2mm，如果印制板安装空间允许，最好保留5～10mm。2.元件布局原则第5章双面印制电路板设计举例(3)元件放置方向。在印制板上，元件只能沿水平和垂直两个方向排列，否则不利于插件。(4)元件间距。对于中等密度印制板、小元件，如小功率电阻、电容、二极管、三极管等分立元件彼此的间距与插件、焊接工艺有关：第5章双面印制电路板设计举例当采用自动插件和波峰焊接工艺时，元件之间的最小距离可以取50～100mil（即1.27～2.54mm）；而当采用手工插件或手工焊接时，元件间距要大一些，如取100mil或以上，否则会因元件排列过于紧密，给插件、焊接操作带来不便。大尺寸元件，如集成电路芯片，元件间距一般为100～150mil。对于高密度印制板，可适当减小元件间距。第5章双面印制电路板设计举例(5)热敏元件要尽量远离大功率元件。(6)电路板上重量较大的元件应尽量靠近印制电路板支撑点，使印制板电路板翘曲度降至最小。(7)对于需要调节的元件，如电位器、微调电阻、可调