EDA技术--第7章 PCB设计基础,第8章 PCB手工布线(修改)

1第7章PCB设计基础7.1印制电路板概述7.2Protel99SE印制板编辑器27.1印制电路板概述电子系统中所使用的电子元器件都是附着在印制电路板PCB(PrintedCircuitBoard)上，简称电路板。当待设计的电子系统利用EDA工具设计出来之后，还必须制作一块电路板，用于将所设计系统的全部电子元器件连接在一起，以最终实现所设计的功能。电路板设计的主要内容是元器件的合理放置(称为布局)和相互间的走线(称为布线)。布局布线既可以手工进行，也可以借助电路板设计工具自动实现。电路板是电子设计的最终目标，而电原理图设计是电路板设计的基础。只有以正确的原理图为基础，才有可能设计出完美的电路版图。电路版图与原理图之间通过网络表联系，电路原理图网络表不仅可以为自动布局布线提供依据，而且还用于对所设计的电路版图进行检查和校验。3印制电路板，简称PCB(PrintedCircuitBoard)，是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖上一层导电性能良好的铜薄膜构成覆铜板，然后根据具体的PCB图的要求，在覆铜板上蚀刻出PCB图上的导线，并钻出印制板安装定位孔以及焊盘和过孔。47.1.1印制板种类按照在一块板上导电图形的层数，印制电路板可分为以下3类。（1）单面板一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面布线，其特点是成本低，但仅适用于比较简单的电路设计。5（2）双面板双面板包括顶层(TopLayer)和底层(BottomLayer)两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。由于两面均可以布线，对比较复杂的电路，其布线的布通率比单面板的高，所以它是目前采用最广泛的电路板结构。6（3）多层板多层板一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。SMD表面贴装器件(SurfaceMountedDevices)77.1.2PCB设计中的基本组件1.板层（Layer）板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的几层板是指敷铜层的层数。一般敷铜层上放置焊盘、导线等完成电气连接；在非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等。对于一个电路板而言，通常在印制板上铺设一层阻焊剂，阻焊剂一般是绿色，除了要焊接的地方外，其它地方根据电路设计软件所产生的阻焊图来覆盖一层阻焊剂，这样可以快速焊接，并防止焊锡溢出引起短路；而对于要焊接的地方，通常是焊盘，则要涂上助焊剂。82.焊盘（Pad）焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件的引脚。Protel99SE在封装库中给出了一系列不同形状和大小的焊盘，如圆形、方形、八角形等。根据元件封装的类型，焊盘分为插针式和表面贴装式两种，其中插针式焊盘必须钻孔，而表面贴装式无需钻孔。（常见焊盘的形状与尺寸）93.过孔（Via）对于双层板和多层板，各信号层之间是绝缘的，需在各信号层有连接关系的导线的交汇处钻一个孔，并在钻孔后的基材壁上淀积金属，以实现不同导电层之间的电气连接，这种孔称为过孔。过孔有三种，分别是从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔及内层间的掩埋式过孔。（过孔的尺寸与类型）104.铜模导线（Track）印制电路板上，在焊盘与焊盘之间起电气连接作用的是铜膜导线，简称导线，是印制电路板最重要的部分。它也可以通过过孔把一个导电层和另一个导电层连接起来。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。115.飞线在PCB设计过程中，还有一种与导线有关的线，常称为飞线或预拉线。飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引系统自动布线的一种连线。飞线与铜膜导线有本质的区别：飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。铜膜导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。126.网络（Net）从一个元器件的某一个管脚上到其它管脚的电气连接关系称作网络。每一个网络均有唯一的网络名称，有的网络名是人为添加的，有的是系统自动生成的，系统自动生成的网络名由该网络内两个连接点的管脚名称构成。7.网络表（Netlist）网络表描述电路中元器件特征和电气连接关系，一般可以从原理图中获取，它是原理图设计和PCB设计之间的纽带。8.安全间距（Clearance）在进行印制板设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元件的相互干扰，必须在它们之间留出一定的间距，这个间距称为安全间距。139.丝印层(SilkscreenTop／BottomOverlay)为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元器件标号和参数、元器件轮廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就称为丝印层。1410.元件封装(Footprint)电路原理图中的元件使用的是实际元件的电气符号；PCB设计中用到的元件则是使用实际元件的封装。元件的封装由元件的投影轮廓、引脚对应的焊盘、元件标号和标注字符等组成。不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装。157.2Protel99SE印制板编辑器7.2.1启动PCB99SE编辑器1.在Document文件夹下，执行File→New。16PCB管理器网络浏览器节点浏览器监视器当前工作层工作层选择工作区2.双击新建的文件图标，进入PCB编辑器177.2.2PCB编辑器的窗口管理在PCB99SE中，窗口管理可以执行菜单View下的命令实现，窗口的排列可以通过执行Windows菜单下的命令来实现，常用的命令如下：执行菜单【View】/【FitBoard】可以实现全板显示，用户可以快捷地查找线路。执行菜单【View】/【Refresh】可以刷新画面，操作中造成的画面残缺可以消除。执行菜单【View】/【Boardin3D】可以显示整个印制板的3D模型，一般在电路布局或布线完毕，使用该功能观察元件的布局或布线是否合理。18PCB99SE坐标系PCB99SE的工作区是一个二维坐标系，其绝对原点位于电路板图的左下角，一般在工作区的左下角附近设计印制板。执行Edit→Origin→Set，可自定义新的坐标原点；执行Edit→Origin→Reset，可恢复到绝对坐标原点。单位制设置执行View→ToggleUnits可实现公制(mm)和英制(mil)单位的切换197.2.3工作环境设置打开文档选项对话框：工作区单击鼠标右键，选择快捷键【Options】/【BoardOptions…】执行菜单命令【Design】/【Options…】20一般情况下，KeepOutLayer、MultiLayer必须设置为打开状态，其它各层根据所要设计PCB的层数设置。如设计单面板时还必须将BottomLayer、TopOverlay设置为打开状态。设置工作层面丝印层信号层阻焊层系统层内部电源/接地层机械层其他层已经用到的工作层面处于打开状态错误层飞线焊盘通孔层过孔通孔层21设置栅格X/Y方向上捕捉栅格参数X/Y方向上元件移动单位距离打开/关闭电气栅格捕捉功能电气捕捉范围可视栅格样式Dots/Lines计量单位设置，【Metric】(公制)和【Imperial】(英制)，选取【Metric】22中心捕捉命令扩展旋转角度光标样式自动滚屏导线随着元件一起移动设置系统参数对话框选择菜单命令【Tools】/【Preferences…】23第8章PCB手工布线8.1设置PCB封装库8.2规划电路板尺寸8.3放置元件、焊盘和过孔8.4元件布局8.5元件布线8.6PCB元件设计24手工设计PCB是用户直接在PCB软件中根据原理图进行手工放置元件、焊盘、过孔等，并进行线路连接的操作过程手工设计步骤⑴设置元件库，规划印制电路板。⑵放置元件、焊盘、过孔等图件。⑶元件布局。⑷手工布线。⑸电路调整以下采用图8-1所示单管放大电路为例介绍手工布线方法。258.1设置PCB封装库在PCB设计前，必须将元件封装所在的库添加到当前库（Libraries）中，只有这样，这些元件才能被调用。在PCB99SE中，封装库文件在DesignExplorer99SE\Library\Pcb目录下，常用的封装库是GenericFootprint文件夹下的Advpcb.ddb。26载入元件封装库278.2规划电路板尺寸电路板的边界规划包括物理边界规划和电气边界规划。其中，物理边界用来定义电路板的物理外形，电气边界用来限定布线范围和元器件放置的区域。电气边界是通过在禁止布线层(KeepoutLayer)绘制边界来实现的。通常只需要设置电气边界。手动绘制电气边界利用向导设置板框288.2.1手工定义PCB板尺寸1.手工定义PCB板尺寸本例中采用公制规划尺寸，板的尺寸为70mm×40mm，具体步骤如下：⑴执行View→ToggleUnits，设置单位制为公制Metric。⑵设置当前工作层设置为KeepOutLayer。⑶执行Place→Line放置连线，一般从工作区的左下角开始，绘制一个闭合PCB边框，以此边框作为电路板的尺寸，如图8-3所示。此后，放置元件和布线都要在此边框内部进行。29技巧一1.设定当前的工作层面为KeepOutLayer(禁止布线层)。2.转换度量单位为Metric(公制单位)。【View】/【ToggleUnits】3.选择命令【Place】/【Line】，拖动鼠标绘制一段水平线。4.设置坐标原点。选择命令【Edit】/【Origin】/【Set】，将鼠标移到刚画好的边界线的起点，单击鼠标左键确定新设置的坐标原点(0，0)。5.双击导线，弹出【Track】(导线属性)对话框，在【End-X】(导线终点X坐标)输入相应的值。6.以相同的方法绘制其他边界。手工规划电路板尺寸技巧30(1)单击放置工具栏上的图标，自定义相对坐标原点(0，0)。(2)单击放置工具栏上的图标，绘制边框线。此时光标处于命令状态，按下快捷键J+L，输入x，y坐标(0，0)，将光标定位到相对原点，按下Enter键确定，然后再次按一下快捷键J+L，输入x，y终点坐标(70，0)，再次按下Enter确定，光标跳跃到坐标（70，0）处，然后连按两次Enter键确定此条连线。(3)同样方法绘制好其他连线。用这种快捷键的方法比用移动光标的方法最突出的优点是定位准确，顶点可靠闭合。技巧二318.2.2使用制板向导创建PCB板1.执行命令【File】/【New】2.Wizards→PrintedCircuitBoardWizard新建文档向导对话框一32选择印制电路板模板自定义电路模板板框线层尺寸标注层板框线宽尺寸线宽实际电路与边缘的距离矩形圆形自定义切角内孔设置印制电路板的相关参数33过孔电镀过孔不电镀添加内层电源/接地层数双层板四层板六层板八层板设置信号层的层数等参数通孔(双层板)盲孔和埋孔(多层板)设置过孔类型34表面贴装元件插针式元件是否两面放置元件印制电路板主要元件类型设置布线技术相邻两焊盘之间穿过导线的数目35最小导线宽度最小过孔外径最小过孔内径最小导线间距设置最小尺寸限制模板名称模板描述文字保存为模板文件36向导结束利用向导生成并规划好的印制电路板378.3放置元件、焊盘和过孔当设置了元件库，规划印制板边框后，就可以在印制板上放置各种图件，如元件、焊盘、过孔和导线等。8.3.1放置元件从元件封装库中直接放置通过菜单命令Place→Component放置元件通过工具栏按钮放置元件38从元件封装库中直接放置1.选择元件封装库2.选择元件封装3.单击放置通过菜单命令放置39元件封装属性设置设置元件封装属性设置元件封装的属性，只要双击该元件封装，或者在元件封装处于放置状态时，按下“Tab”键。408.3.2放置焊盘Place-pad通过工具栏按钮放置焊盘放置焊盘双击焊盘设置属性设置焊盘的X轴尺寸设置焊盘的Y轴尺寸设置焊盘的形状