第6章-PCB设计基础

2019/8/2清华大学出版社Page1第6章PCB设计基础PCB图的设计流程6.1PCB文档的基本操作6.2PCB环境参数的设置6.3PCB中图件的放置6.4载入PCB元件库6.5载入网络表和元器件6.6PCB布局和布线6.62019/8/2清华大学出版社Page26.1PCB图的设计流程电路板规划设置PCB设计环境网表输入元器件布局布线规则设置及布线检查设计输出电路板规划设置PCB设计环境网表输入元器件布局布线规则设置及布线检查设计输出图6-1PCB图设计流程2019/8/2清华大学出版社Page36.2.1PCB板的组成6.2.2PCB板的结构6.2.3PCB板的分层及颜色设置6.2.4PCB文档的创建6.2.5PCB文档的保存和打开6.2.6PCB设计界面6.2PCB文档的基本操作6.2.1PCB板的组成2019/8/2清华大学出版社Page4PCB板是用来连接各种实际元器件的一块板图，主要包括以下4个部分：电子元器件：主要用于实现一定电路功能的各种元器件铜箔：在电路板上一般以导线、焊盘、过孔和敷铜的形式存在丝印层：文字层，位于印制电路板的顶层或底层，可以没有，一般用于标注文字，注释电路板上的制成元件和整个电路板。印制材料：采用绝缘材料，用于支持整个电路板2019/8/2清华大学出版社Page5单层板（SignalLayerPCB）：一面敷铜，另一面没有敷铜，只可在它敷铜的一面布线并放置元器件。双层板（DoubleLayerPCB）：包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）的电路板，双面都有敷铜，都可以布线，顶层一般为元器件面，底层一般为焊锡层面。多层板（MultiLayerPCB）：包括多个工作层的电路板，顶层、底层和中间层，顶层和底层与双层板一样，中间层一般是由整片铜膜构成的电源或接地层。层与层之间相互绝缘，层与层之间的连接通常通过过孔来实现。层数越多，加工越困难，其成本也越高，但是同时PCB板的体积也越小。6.2.2PCB板的结构6.2.3PCB板的分层及颜色设置2019/8/2清华大学出版社Page6一般来说，PCB板是以层次化的形式出现的，一般包含有多层的铜箔层和丝印层，通过印制材料结合在一起，共同构成PCB板。在PCB设计时，执行菜单命令【设计】/【PCB板层次颜色】，可以打开板层和颜色对话框，设置各工作层的可见性、颜色等，如图6-3所示。2019/8/2清华大学出版社Page7图6-3电路板层及颜色设置对话框2019/8/2清华大学出版社Page81.信号层(SignalLayers):用于建立电气连接的铜箔层。2.内部电源/接地层(InternalPlane):用于连接电源和地，一般情况下不布线，由整片铜膜构成。3.丝印层(Silkscreen):用于定义电路板的说明文字层。4.屏蔽层（MaskLayers）：用于确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡，从而保证电路板运行的可靠性。5.机械层(MechanicalLayers):用于定义整个PCB板的外观，即外形结构。6.其它层：KeepOutLayer(禁止布线层):用于绘制电路板的电气边框。钻孔层(DrillLayer):用于描述钻孔的形状及位置。多层(Multi-layer):用于设置多面层。除了上述PCB板的分层之外，ProtelDXP还提供了一些另外的工作层面。总体上可以分成以下6种类型：2019/8/2清华大学出版社Page9新PCB板打开时会有许多用不上的可用层，因此，要关闭一些不需要的层，将不显示的层Show按钮不勾选就不会显示。对于上述的层，设计单面或双面板按照如图6-3所示的默认选项即可。点击各层右边的颜色块，可以打开颜色设置对话框，设置该层的颜色。如图6-4所示。图6-4【选择颜色】对话框布线板层的管理2019/8/2清华大学出版社Page10选择【设计】/【层堆栈管理器】，打开显示【图层堆栈管理器】对话框，如图6-5所示。图6-5图层堆栈管理器2019/8/2清华大学出版社Page116.2.4PCB文档的创建PCB文档一般可以通过以下3种方法创建：通过菜单命令创建；通过工作区面板创建；[1].直接创建PCB文档[2].根据模板创建PCB文档通过ProtelDXP主页面创建；NewBlankPCBDocumentCreatePCBfromTemplateCreatePCBfromExistingPCBPCBDocumentWizard【实例6-1】利用PCB向导创建PCB文档。本实例要求利用PCB向导创建一个PCB文档。6.2.5PCB文档的保存和打开2019/8/2清华大学出版社Page12将新创建的PCB文档进行保存：通过菜单命令【文件】/【保存】，打开【SavePCB1.PcbDocAs…】对话框，可以重命名PCB文档并且设置保存路径，如图6-28所示。通过菜单命令【文件】/【另存为】，打开【SavePCB1.PcbDocAs…】对话框，可以重命名PCB文档并且设置保存路径，该对话框与图6-28相同。对于PCB文档的打开：可以通过菜单命令【文件】/【打开】，打开【ChooseDocumenttoOpen】对话框，在【文件类型】文本框中选择“PCBfile（*.PcbDoc;*.Pcb）”来打开一个已有的PCB文档，如图6-29所示。2019/8/2清华大学出版社Page13图6-28【SavePCB1.PcbDocAs…】对话框图6-29【ChooseDocumenttoOpen】对话框6.2.6PCB设计界面2019/8/2清华大学出版社Page14PCB设计界面主要包括以下几个部分：主菜单：与原理图的编辑界面类似，只是增加了【自动布线】菜单选项。工具栏：工具栏除了提供一些常用文档操作命令快捷方式外，还提供了布线过程中需要用到的命令快捷方式，以方便用户的设计。工作区面板：通过工作区面板可以查看打开的文件及其属性等信息。工作窗口：用户设计PCB板的主窗口。2019/8/2清华大学出版社Page15菜单栏工作窗口工作区面板工具栏图6-30PCB设计界面6.3PCB环境参数的设置2019/8/2清华大学出版社Page166.3.1图纸参数的设置6.3.2PCB编辑器的参数设置6.3.1图纸参数的设置2019/8/2清华大学出版社Page17在PCB设计环境下，执行菜单命令【设计】/【PCB板选择项】，弹出【PCB板选择项】对话框，如图6-31所示。在该对话框中，进行有关图纸参数的设置。图6-31【PCB板选择项】对话框6.3.2PCB编辑器的参数设置2019/8/2清华大学出版社Page18图6-33【优先设定】对话框6.4PCB中图件的放置2019/8/2清华大学出版社Page19所谓图件就是指构成PCB的所有元素，包括各种元器件、导线过孔及标志灯。在PCB设计中，用户可以通过执行菜单命令【放置】来启动各种图件的放置命令，【放置】菜单子命令如图6-41所示。图6-41【放置】菜单命令6.4.1放置圆弧2019/8/2清华大学出版社Page20ProtelDXP提供了以下4种放置圆弧的方法：中心法放置圆弧：通过确定圆弧的中心、起点、终点来确定一个圆弧的，可以绘制任意半径和弧度的圆弧。边缘法（90°）：用来绘制90°圆弧的，通过圆弧的起点和终点来确定圆弧的大小。边缘法（任意角度）：用来绘制任意角度圆弧的。圆：用来绘制整圆的命令。【实例6-2】中心法放置圆弧。本实例要求采用中心法放置一段圆弧。圆弧属性：•半径：50mil；圆弧宽：5mil；起始角：60°；•结束角：180°；中心位置坐标(3000mil，3000mil)2019/8/2清华大学出版社Page21【实例6-3】边缘法（90°）放置90°圆弧。本实例要求利用边缘法（90°）绘制一段圆弧。【实例6-4】边缘法（任意角度）放置任意角度的圆弧。本实例要求利用边缘法（任意角度）绘制一段圆弧。【实例6-5】绘制整圆。本实例要求绘制一个半径为50mil，圆心坐标为（3000mil,2000mil）。6.4.2放置矩形填充2019/8/2清华大学出版社Page22在PCB板设计过程中，为了提高系统的抗干扰性和考虑通过大电流等因素，通常需要矩形填充来放置大面积的电源或接地区域。因此矩形填充通常放置在顶层、底层，或者内部电源层及接地层上。【实例6-6】放置矩形填充。本实例中要求在电路板的顶层放置一个矩形填充，且要求旋转40°，两个拐角的坐标位置分别为（3000mil，3000mil）和（4000mil，4000mil）。6.4.3放置铜区域2019/8/2清华大学出版社Page23放置铜区域是一种多边形填充方式，也是用来设置大面积的电源和接地区域，以提高系统的抗干扰性能。【实例6-7】放置四边形铜区域。本实例要求在顶层放置一个四边形铜区域。6.4.4放置字符串字符串用于必要的文字注释，一般放置在丝印层上。但是字符串本身不具有任何电器特性，对电路的电气连接关系没有任何影响，只起提醒设计者的作用。【实例6-8】放置字符串。本实例中要求在顶层的丝印层上放置一个字符串。6.4.5放置焊盘2019/8/2清华大学出版社Page24PCB板设计中，元器件是通过PCB板上的引线孔，用焊锡焊接固定在PCB上，印制导线把焊盘连接起来，实现元器件在电路中的电气连接。因此，焊盘是用于焊接元器件的，包括引线孔及其周围的铜箔。一般焊盘的中间是一个内孔，孔外是敷铜区。其形状有3种，分别是“Round”（圆形）、“Rectangle”（矩形）和“Octagonal”（八边形）。【实例6-9】放置一个八边形焊盘。本例中要求放置一个焊盘，焊盘的形状设为八边形，焊盘位置为（3000mil，3000mil），孔径10mil，其余属性为系统默认值。6.4.6放置过孔2019/8/2清华大学出版社Page25在PCB板中，过孔用于连接各工作层的布线。过孔与焊盘不同，其边上没有助焊层。一般来说，过孔有3种类型，分别是：通孔：穿过整个PCB板，从顶层到底层，允许连接所有的内层信号或者作为元器件的安装定位孔；其在工艺上容易实现，成本较低，因此经常被使用。盲孔：位于PCB板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路到一个内层线路的连接，深度一般不超过一定的比率（孔径）；埋孔：位于PCB板内层的连接孔，不会延伸到PCB板的表面，一般是从一个内在的信号层连接到另外一个内在的信号层；2019/8/2清华大学出版社Page26【实例6-10】放置通孔。本实例中要求放置一个通孔，孔径为30mil，直径为50mil。6.4.7放置导线ProtelDXP中绘制导线的方法和绘制直线的方法相同，只是启动命令不同。【实例6-11】放置导线。本实例要求放置导线。6.4.8放置元器件2019/8/2清华大学出版社Page27除了利用网络表装入元器件外，还可以将元器件手工放置到工作窗口中。【实例6-12】放置元器件。本实例要求在PCB工作窗口中放置一个元器件。6.4.9放置坐标PCB板设计中，坐标主要用于对PCB上的位置进行标注以供用户参考，可以通过执行菜单命令【放置】/【坐标】命令来完成。坐标一般放在机械层(MechanicalLayer)上，不具有任何电气特性，只是提醒用户当前鼠标所在位置与坐标原点之间的距离。【实例6-13】放置坐标。6.4.10放置尺寸2019/8/2清华大学出版社Page28不具备电气特性，只是起到提醒用户的作用。通常放置在机械层(MechanicalLayer)上，由带箭头的线和字符串组成。执行菜单命令【放置】／【尺寸】，可以看到放置尺寸命令，如图6-86所示。常用的尺寸标注类型、方法及应用场合见表6-1所示。图6-86【尺寸】子命令2019/8/2清华大学出版社Page29尺寸标注类型应用场合直线尺寸标注对PCB上两点在水平或垂直方向上的距离进行标注角度尺寸标注对PCB上角度进行标注，如图6-90a半径尺寸标注