EDA技术 第9-4讲 PCB板图设计D

HYIT1第5章PCB板图设计•5.1PCB及分类•5.2Protel99SE启动/关闭•1.3界面管理•1.4数据库文件•1.5设计组管理•本章小结•思考与练习1返回主目录HYIT25.1PCB及分类5.1.1PCB及分类PCB(Printedcircuitboard印刷电路板)HYIT3HYIT4HYIT5HYIT6单面板：电路板一面敷铜，另一面没有敷铜，敷铜的一面用来布线及焊接，另一面放置元件。单面板成本低，但只适用于比较简单的电路设计。双面板：电路板的两面都敷铜，所以两面都可以布线和放置元件，顶面和底面之间的电气连接是靠过孔实现的。由于两面都可以布线，所以双面板适合设计比较复杂的电路，应用也最为广泛。多层板：不但可以在电路板的顶层和底层布线，还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面。用多层板可以设计更加复杂的电路。HYIT7长度单位及换算：Protel99SE的PCB编辑器支持英制（mil）和公制（mm）两种长度计量单位。它们的换算关系是：100mils=2.54mm（其中1000mils=1Inches）。执行菜单命令【View】/【ToggleUnits】就能实现这两种单位之间的相互转换。也可以按快捷键Q进行转换。转换后工作区坐标的单位和其他长度信息的单位都会转换为mm（或mil）。HYIT81.Protel99SE提供了：信号层（Signallayers）内部电源/接地层（Internalplanelayers）机械层（Mechanicallayers）阻焊层（Soldermasklayers）锡膏防护层（Pastemasklayers）丝印层（Silkscreenlayers）钻孔位置层（DrillLayers）其他工作层面（Others）5.1.2PCB工作层HYIT91）．信号层（Signallayers）信号层主要是用来放置元件和导线的。（顶层和底层）正片性质：线路或图元是覆铜区。可有MidLayer1----MidLayer302）．内部电源/接地层（Internalplanelayers）内部电源/接地层主要用来放置电源线和地线。物理层HYIT103）．机械层（Mechanicallayers）机械层一般用于放置有关制板和装配方法的信息。机械层1一般用于画板子的边框；机械层3一般用于画板子上的挡条等机械结构件；机械层4一般用于画标尺和注释等。绘图层例：4PortSerialInterface4）．阻焊层（Soldermasklayers）阻焊层有2个TopSolderMask（顶层阻焊层）和BottomSolder（底层阻焊层），用于在设计过程中匹配焊盘，并且是自动产生的5）．锡膏防护层（Pastemasklayers）锡膏防护层的作用与阻焊层相似，但在使用“hotre-flow”（热对流）技术安装SMD元件时，锡膏防护层用来建立阻焊层的丝印。HYIT116）．丝印层（Silkscreenlayers）丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。7）．钻孔层（Drilllayer）钻孔层主要是为制造电路板提供钻孔信息，该层是自动计算的。Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing两个钻孔层。8）．禁止布线层（KeepOutLayer）禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。9）．多层（Multilayers）多层代表信号层，任何放置在多层上的元件会自动添加到所在信号层上，所以可以通过多层，将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。HYIT1210）．DRC错误层（DRCErrors）用于显示违反设计规则检查的信息。11）．连接层（Connection）该层用于显示元件、焊盘和过孔等对象之间的电气连线。HYIT132设置工作层面设置方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】HYIT14进入【Option】选项卡，结果如图5-8所示。在该选项卡中可对【Grid】（栅格）、【ElectricalGrid】（电气栅格）、【Measurement】（计量单位）等选项进行设定。HYIT151)．设置信号层和内部电源/接地层执行菜单命令【Design】/【LayerStackManager】HYIT162)．设置Mechanicallayers执行菜单命令【Design】/【MechanicalLayers】，HYIT17HYIT185.1.3PCB基本元素HYIT191元件封装HYIT20HYIT21针脚式元件所谓针脚式元件，就是元件的引脚是一根导线，安装元件时该导线必须通过焊盘穿过电路板焊接固定。所以在电路板上，该元件的引脚要有焊盘，焊盘必须钻一个能够穿过引脚的孔（从顶层钻通到底层），下图所示为针脚式元件的封装图，其中的焊盘属性中的Layer板层属性必须设为MultiLayer。HYIT22HYIT23表面贴装式元件表面贴装式元件是直接把元件贴在电路板表面上。它是靠粘贴固定的，所以焊盘就不需要钻孔了，因此成本较低。表面贴装式元件各引脚间的间距很小，所以元件体积也较小。由于安装时不存在元件引脚穿过钻孔的问题，所以它特别适合于用机器进行大批量、全自动地进行机械化的生产加工。下图为表面贴装式元件的封装图，其中焊盘的Layer属性必须设置为单一板层，如TopLayer（顶层）或BottomLayer（底层）。HYIT24HYIT25封装图结构不管是针脚式元件还是表面贴装式元件，其结构如下图所示，可以分为元件图、焊盘、元件属性3个部分，说明如下：HYIT26元件封装在实际应用中电阻、电容的名称分别是AXIAL和RAD，对于具体的对应可以不做严格的要求，因为电阻、电容都是有两个管脚，管脚之间的距离可以不做严格的限制。•直插元件有双排的和单排的之分，双排的被称为DIP，单排的被称为SIP。•表面贴装元件的名称是SMD，贴装元件又有宽窄之分：窄的代号是A，宽的代号是B。介绍：protel元件封装总结.doc芯片封装详细介绍.docHYIT272铜膜线简称导线，是敷铜经腐蚀后形成的用于连接各个焊点的导线。印刷电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。HYIT28飞线：用来表示连接关系的线。它只表示焊盘之间有连接关系，是一种形式上的连接，并不具备实质性的电气连接关系。飞线在手工布线时可起引导作用，从而方便手工布线。飞线是在引入网络表后生成的，而飞线所指的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。当同一网络中，部分电气连接断开导致网络不能完全连通时，系统就又会自动产生飞线提示电路不通。利用飞线的这一特点，可以根据电路板中有无飞线来大致判断电路板是否已完成布线。HYIT293焊盘（Pad）作用是放置、连接导线（自由焊盘）和元件引脚。HYIT30主要作用是实现不同板层间的电气连接。过孔主要有3种。穿透式过孔（Through）：从顶层一直打到底层的过孔。半盲孔（Blind）：从顶层遇到某个中间层的过孔，或者是从某个中间层通到底层的过孔。盲孔（Buried）：只在中间层之间导通，而没有穿透到顶层或底层的过孔。4过孔（Via）丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。HYIT315字符丝印（Via）主要用于绘制元件的轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。HYIT326敷铜（多边形填充）印制线路板上的大面积敷铜常用于两种作用，一种是散热，一种用于屏蔽来减小干扰，如果说整块线路的地回路性质相同，可大面积敷铜。在敷铜时最好采用栅格状铜箔。HYIT335.2印制电路板的设计步骤开始先期准备工作环境设置电路板设置引入网络表、修改封装元件布局自动布线手工调整布线整体编辑输出打印结束印制电路板的设计步骤HYIT345.3PCB设计界面1新建PCB文件2文件管理3工具条、状态栏、命令栏的显示和隐藏4PCB设计系统管理5层管理（打开关闭当前层）6图纸平移HYIT35绘制第一张原理图对应的PCB1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:10-May-2009SheetofFile:F:\lesson\proteltest\firstexample.ddbDrawnBy:542312U1ALM339R4100KC1100P7P12U2A74LS04R551K12J1IN12J2POWER+5R33KR65K+512J3OUTREFREFHYIT365.4设置PCB设计环境5.41设计参数设置菜单命令【Design】/【Option】HYIT37HYIT38HYIT395.4设置PCB设计环境5.42系统参数设置菜单命令【Tools】/【prefernces】HYIT405.5规划电路板根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。KeepOutLayerMechanicallayersHYIT41HYIT42HYIT435.6装入网络表与元件•规划好电路板后，接着就是要装入网络表和元件。网络表和元件是同时装入的。网络表与元件的装入过程，实际上就是将原理图设计的数据装入印制电路板的设计系统PCB的过程。HYIT44•一、利用设计同步器装入网络表和元件的具体操作步骤如下。•在原理图编辑器中执行菜单命令【Design】/【UpdatePCB】，出现如图5-17所示的对话框。HYIT45HYIT46HYIT47HYIT48HYIT49HYIT50•二、利用原理图生成的网络表文件装入网络表和元件。•生成网络表的方法，可以在原理图的设计的工作环境下，执行菜单命令【Design】/【CreateNetlist…】，可以看到随后会出现网络表文件“*.net”。•在利用网络表文件装入网络表和元件时，可以在PCB编辑器中执行菜单命令【Design】/【LoadNets】，出现如图5-22所示的装入网络表的对话框。HYIT51HYIT52HYIT53HYIT54HYIT55HYIT565.7元件布局5.7.1元件的自动布局•Protel99SE提供了强大的元件自动布局的功能，可以通过程序算法自动将元件分开，放置在规划好的电路板电气范围内。元件自动布局的实现方法可以执行菜单命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer…】，出现如图5-27所示的对话框。HYIT57•对话框中选项的定义如下。【CluserPlacer】：成组布局方式。【StatisticalPlacer】：统计布局方式。【QuickComponentPlacement】：快速元件布局。HYIT58HYIT59•【GroupComponents】：该选项的功能是将当前网络中连接密切的元件归为一组。排列时该组的元件将作为整体考虑，默认状态为选中。•【RotateComponent】：该选项的功能是根据当前网络连接与排列的需要使元件或元件组旋转方向。若未选中该选项则元件将按原始位置放置。默认状态为选中。HYIT60•【PowerNets】：电源网络名称。这里将网络设定为“VCC”。•【GroundNets】：接地网络名称。这里将接地网络设定为“GND”。•【GridSize】：设置元件自动布局时格点的间距大小。HYIT61HYIT62元件的布局要考虑以下几个方面的问题。•（1）元件布局应便于用户的操作使用。•（2）尽量按照电路的功能布局。•（3）数字电路部分与模拟电路部分尽可能分开。•（4）特殊元件的布局要根据不同元件的特点进行合理布局。•（5）应留出电路板的安装孔和支架孔以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置等。HYIT63HYIT64HYIT655.9布线和设置布线规则•在进行自动或手动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定布线的参数。•参数包括布线层面、布线优先级别、布线的宽度、布线的拐角模式、过孔孔径类型、尺寸等。HYIT66一般需要重新设置以下几点:它规定了板上不同网络的