PCB印制电路板设计入门

PCB印制电路板设计入门汽车与机电教研室陈海燕[课题]PCB印制电路板设计入门[教学目的]1.了解PCB编辑器画面的常用操作及快捷键2.了解PCB电路版图设计的中常见问题[教学重点]PCB编辑器画面的常用操作[教学难点]用PROTEL99制作印刷电路版[教学方法]讲授提问法、演练法[课型]新课[教具]三角板[课时]2小时Ⅰ导入从今天开始，我们将学习用PCB印制电路板。PCB印制电路板设计入门建立一个新的印制电路板文件执行菜单命令“File/New”将弹出数据类型对话框如图1所示。Ⅱ教学步骤PCB编辑器画面的常用操作及快捷键PCB浏览器中有一个成为观察窗口的小窗口，其中显示的是当前正在编辑的整张印制电路板图纸的缩略图。图中看到一个虚线框，这个虚线框就代表了当前的编辑窗口，移动这个虚线框就可移动当前的编辑画面。一、画面的移动二、画面的放大、缩小及相关操作1、当前窗口画面的放大和缩小（1）菜单命令:放大—“View/ZoomIn”，缩小—“View/ZoomOut”；（2）键盘上的快捷键：放大—[PageUp]，缩小—[PageDown]；（3）主工具栏中的按钮：放大——，缩小——。2、在当前窗口中显示整张图纸（1）菜单命令：“View/FitDocument”；（2）先后击键盘上的V、D键；（3）主工具栏中的按钮：。3、选择画面的一个矩形区域放大（1）菜单命令：“View/Area”；（2）先后击键盘上的V、A键；（3）主工具栏中的按钮：。4、以当前的光标为中心显示画面（1）菜单命令：“View/Pan”；（2）键盘上的快捷键：[Home]。Protel99的PCB工作窗口提供了多达32层的绘图平面，通常可以完成16层印制电路板自动布线，用手工布线时甚至可达到20层以上，可以在任何层面上绘图。Protel99把32层的绘图平面加上8个其它辅助层，分成几个不同类型的专用工作层面。PCB工作窗口的绘图层面一、SignalLayers(信号层)Protel99提供了16个信号层：Top(顶层)、Bottom(底层)和Mid1-Mid14(14个中间层）。信号层就是用来完成印制电路板铜箔走线的布线层。在设计双面板时，一般只使用Top(顶层)和Bottom(底层)两层，当印制电路板层数超过4层时，就需要使用Mid(中间布线层)。二、InternalPlanes(内部电源/接地层)Protel99提供了Plane1-Plane4(4个内部电源/接地层)。内部电源/接地层主要用于4层以上印制电路板作为电源和接地专用布线层，双面板不需要使用。三、MechanicalLayers(机械层)机械层一般用来绘制印制电路板的边框(边界)，通常只需使用一个机械层。有Mech1-Mech4(4个机械层)。四、DrkllLayers(钻孔位置层)共有2层：“DrillDrawing”和“DrillGuide”。用于绘制钻孔孔径和孔的定位。五、SolderMask(阻焊层)共有2层：Top(顶层)和Bottom(底层)。阻焊层上绘制的时印制电路板上的焊盘和过孔周围的保护区域。六、PasteMask(锡膏防护层)共有2层：Top(顶层)和Bottom(底层)。锡膏防护层主要用于有表面贴元器件的印制电路板，这时表帖元器件的安装工艺所需要的，无表帖元器件时不需要使用该层。七、Silkscreen(丝印层)共有2层：Top(顶层)和Bottom(底层)。丝印层主要用于绘制文字说明和图形说明，如元器件的外形轮廓、标号和参数等。八、Other(其它层)共有8层：“KeepOut(禁止布线层)”、“MultiLayer(设置多层面)”、“Connect(连接层)”“DRCError(错误层)”、2个“VisibleGrid(可视网格层)”、“PadHoles(焊盘孔层)”和“ViaHoles(过孔孔层)”。其中有些层是系统自己使用的，如VisibleGrid(可视网格层)就是为了设计者在绘图时便于定位。而KeepPut(禁止布线层)是在自动布线时使用，手工布线不需要使用。对于手工绘制双面印制电路板来说，使用最多的是TopLayers(顶层铜箔布线)、BottomLayers（底层铜箔布线）和TopSilkscreen(顶层丝引层)。一般顶层用红色、底层用蓝色、文字及符号用绿色或白色、焊盘和过孔用黄色。PCB绘图工具绘图工具是由一系列“放置命令”所组成。在工作窗口中的层面上绘图，其实就是放置各种图形对象，这些图形对象有：焊盘、过孔和文本等。一、铜膜走线的放置与属性编辑1、绘制线条(铜箔走线）单击放置工具栏中的放置线条图标或执行菜单命令“Place/Track”或键盘的P、T键，系统进入线条绘制状态。移动十字光标到所需的位置，单击鼠标左键确定线条的起点，然后移动光标，这时屏幕上会出现将要画出线条的提示样式，提示线如橡皮筋一样可以伸缩，确认线段终点后，单击左键就画出了一端线条。线条只有单层属性，只能绘制在当前层面上，所以绘制前应注意选择所绘制的层面。走线的切换：（1）走线方式（长短线）切换按空格键。（2）走线模式切换按[Shift]+空格键。其切换顺序为45度走线-90度走线-圆弧走线-任意角走线。走线方式的切换走线模式的切换2、走线的属性当我们要编辑走线的属性时，可在走线状态下按[Tab]键，或指向已固定的走线上，双击鼠标左键，即可开启其属性对话框，◆Width设定铜膜走线的粗细。◆Layer设定铜膜走线所在的板层。◆Net设定该铜膜走线所连接的网络。◆Locked设定搬移铜膜走线时是否要确认。如果设定本选项的话，移动该铜膜走线时，程序将出现确认对话框。如果按否，将不会被移动；而按是，即可带着该铜膜走线移动。◆Selection设定放置该铜膜走线后，该铜膜走线是否为被选取状态。如果设定选项的话，则铜膜走线放置后，该铜膜走线将为选取状态（黄色）。二、焊盘放置与属性编辑1、放置焊盘：单击工具栏的放置焊盘图标或执行菜单命令“Place/Pad”或按键盘上的P、P键，系统进入放置焊盘状态，光标变成十字形状，并带着一个焊盘（若画面放大倍数太大，焊盘可能看不见）。移动带着焊盘的光标到所需的位置，单击鼠标左键，就可在该位置绘制一个焊盘。焊盘是Protel99提供的一种图形属性，因此在多个层面上有图形放置时不需要选择当前层面，属于哪一层的图形就自动绘制在哪一层。关闭“MultiLayer”层，焊盘就被隐藏起来。2、编辑焊盘属性：(1)开启焊盘属性对话框①在放置焊盘状态下，按[Tab]键；②对于已放置的焊盘，直接指向该焊盘，双击左键。(2)属性对话框中各项说明如下：其中包括三页，Properties页中各项说明如下：◆UsePadStack设定使用堆栈式焊盘(多层板才有的)，指定本项后，才可以在PadStack页中设定同一个焊盘，在不同板层有不同形状与尺寸。◆Shape设定该焊盘的形状，包括圆形(Round)、矩形(Rectangle)及八角型(Octagonal)。◆Designator设定该焊盘的序号。◆HoleSize设定该焊盘的钻孔大小。◆Layer设定该焊盘所在的板层。左图为Padstack页，这一页是设定多层板的焊盘，必须在前一页(Properties页)中，指定了UsePadStack选项，这一页才可以设定，其中包括三个区域，分别是设定该焊盘在顶层(Top区)、中间层(Middle区)及底层(Bottom区)的大小及形状。Advanced页中的各项说明如下：◆Net设定该焊盘所要使用的网络。◆ElectricalType设定该焊盘的电气种类，包括Source(起点)、Load(中间点)及Terminator(终点)。◆Plated设定该焊盘钻孔是否要电镀导通，指定这个选项将会电镀导通。Protel99自动布线的常用规则一、布线的层面Protel99的PCB编辑器，可以在16个“SignalLayer（信号层面）”上实现布线，每个都可以单独设置布线属性。对双面板的自动布线来说，应该让系统仅“在Top（顶层）”和“Bot(底层）”两个层面布线；对单面板则只能在“Bot（底层）”布线。其他的信号层应该处于禁止自动布线状态，否则系统会自动使用任何可用的信号层。设定层面的布线属性，执行菜单命令“Design/Rules...”，单击“Routing”选项卡，选中“RuleClasses”列表框中的“RoutingLayers”项，这时显示的对话框如左图所示。然后单击按钮“Properties...”后，将弹出“RoutingLayersRule”对话框对话框中的“RuleAttributes”项，就是双面板常用的层面布线属性。其中水平布线T=“Horizontal”,底层设置成垂直布线B=“Vertical”，14个中间信号层都设置成不使用1-14=“NotUsed”。制作单面板时因为只有底层是实际布线层，所以要把BottomLayer的布线方向设定为任意，即B=“Any”,其他都设置成不使用，即“NotUsed”。二、布线的区域自动布线时必须划定一个区域，让系统在限定的区域内进行布线操作。如果没有明确规定布线区域，Protel99的PCB编辑器将有可能（根据电路的复杂程度）使用全部图纸空间来布线，这肯定是不允许的。设定自动布线的区域，需要使用“KeepOutLayer（禁止布线层）”。因为Protel99在信号层自动布线的同时，将不停地检索与布线位置对应的禁止布线层，如果禁止布线层的对应位置为空，表示给位置可以布线，否则表示该位置禁止布线，这时系统将改变布线的方向，向其他方向搜索可布线的位置。根据这个原理，可以任意规定布线的区域。例如：通常把印制电路板边界的边框线画在“KeepOutLayer（禁止布线层）”上，这样被限定在印制电路板的边界内。因此，可以把绘制在“KeepOutLayer”上的图形称为“电气边界”。用PROTEL99制作印刷电路版的基本流程一、电路版设计的先期工作1、利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然，有些特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。2、手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。二、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的版框含中间的镂空等1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。2、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm的螺丝可用6.5~8mm的外径和3.2~3.5mm内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCBizard中调入。注意：在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成KeepOut层，即禁止布线层。三、打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改零件封装这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。当然，可以直接在PCB内人工生成网络表，并且指定零件封装。四、布置零件封装的位置，也称零件布局Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行Tools下面的AutoPlace,用这个命令，你需要有足够的耐心。布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该