第9章制作PCBnew

第9章制作PCB教学提示：本章讲解PCB设计的全部过程。使用向导创建PCB的操作并在演示中介绍参数选择方法。环境设置和设计规则结合电路进行讲解，元件布局和PCB布线在演示中介绍相关的操作技巧，PCB设计以双层板为主。教学目标：掌握PCB设计方法，能针对不同的电路进行相应的设置，能进行双面板的设计，掌握PCB设计的全过程，设计出符合行业标准的小型PCB。9.1新建PCB文档在Protel2004中新建一个PCB文件或设计，一种方法是选择【File】|【New】|【PCB文件】命令，启动PCB编辑器，然后进行人工定义PCB的尺寸。另一种方法是使用PCB向导创建新的文档，这种方法既选择了各种工业标准板的轮廓又定义了电路板的尺寸，其操作步骤如下：（1）单击底部工作区面板中的Files按钮，弹出Files控制面板。（2）在面板底部的【NewfromTemplate】选项组内单击PCBBoardWizard命令，启动向导。图9.1Files控制面板9.1.1创建新的PCB文件在出现的对话框中单击【Next】按钮显示度量单位对话框，默认的度量单位为英制(Imperial)，1000mil=1inch。也可以选择公制单位(Metric)，注意二者之间的换算关系：1inch=25.4mm。选用默认设置英制。图9.2PCB向导和度量单位对话框9.1.1创建新的PCB文件（3）单击【Next】，进入电路板轮廓选择对话框，可根据需要选择工业标准板。也可选择Custom选项来自定义电路板。单击【Next】显示自定义板对话框，确定PCB的形状，包括矩形(Rectangular)、圆形(Circular)和自定义形(Custom)3种；【电路板尺寸】栏中确定PCB的大小。本例中PCB为2000mil×2000mil的电路板。9.1.1创建新的PCB文件（4）单击【Next】，显示PCB层数设置对话框，设置信号层(SignalLayers)数和内部电源层(PowerPlanes)数。本例设置了两个信号层，不需要电源层。单击【Next】显示过孔设置对话框，有两种类型，即【只显示通孔】(ThruholeViasonly)和【只显示盲孔和埋过孔】(BlindandBuriedViasonly)。如果是双面板则选择【只显示通孔】。9.1.1创建新的PCB文件（5）单击【Next】，显示【选择元件和布线逻辑】对话框，该对话框包括两项设置：电路板中使用的元件是表面贴装元件还是通孔元件。本例中选择【通孔元件】，相邻焊盘之间的导线数设为【一条导线】。单击【Next】，显示选择导线和过孔尺寸设置对话框。主要设置导线的最小宽度、过孔的尺寸和导线之间的安全距离等参数。9.1.1创建新的PCB文件（6）单击【Next】，PCB向导完成设置，单击【完成】关闭。Protel将根据在向导中设置的参数或属性创建PCB。此时项目管理器(Projects)中显示一个名为“PCB1.PcbDoc”的自由文件，编辑区中显示一个白色图纸和一个1900mil×1900mil的PCB(由于设置了【禁止布线区与板子边沿的距离】为50mil)。9.1.1创建新的PCB文件（6）选择【文件】|【另存为】命令，将新的PCB文件重新命名，用*.PcbDoc表示，并给出文件保存的路径。本例的文件名为“皮尔斯电路.PcbDoc”。到目前为止，完成了创建PCB新文档的步骤。在Protel2004中，一个设计项目包含所有设计文件的连接和有关设置。一般情况下总是将PCB文档与原理图放在一个设计项目中。如果在项目中创建PCB文档，当PCB文档创建完成后，该文档将会自动地添加到项目中，并列表在Projects标签中紧靠项目名称的PCBs文件夹下面。如果创建或打开的是自由文档，则将文档添加到项目的操作步骤如下：（1）选择【文件】|【创建】|【项目】|【PCB项目】命令，新建一个项目，保存的项目名为“皮尔斯电路.PrjPCB”。（2）在Projects面板中右击【皮尔斯电路.PcbDoc】，选择添加到设计项目命令(AddtoProject【皮尔斯电路.PrjPCB】)，将其添加到新建的“皮尔斯电路.PrjPCB”项目中。9.1.2将PCB文档添加到设计项目（3）打开皮尔斯电路.SchDoc文件，同样将其添加到新建的皮尔斯电路.PrjPCB项目中。（4）选择Design/NetlistForProject/Protel命令，即可生成当前项目的网络表。这时，在皮尔斯电路.PrjPCB设计项目下有3个文档：原理图文档皮尔斯电路.SchDoc、网络表文档皮尔斯电路.NET和刚创建的PCB文档皮尔斯电路.PCBDOC。9.1.2将PCB文档添加到设计项目将原理图中的元件和网络等信息引入PCB，以便为布局和布线做准备。把原理图中的信息加载到PCB中的操作步骤如下：（1）在原理图编辑器中选择Design/UpdatePCB/皮尔斯电路.PCBDOC命令，弹出【工程变化订单】(ECO)对话框。该对话框中列出了元件和网络等信息及其状态，这里需要注意【状态】(Status)栏中【检查】和【完成】的变化。9.1.3转换设计（2）单击【使变化生效】，若所有的改变有效，【检查】状态列出现勾选，说明网络表无错误，否则，信息面板中将给出错误信息，双击错误信息自动回到原理图中的位置上，可修改。（3）单击【执行变化】，开始执行所有的元件和网络信息。完成后，关闭对话框，所有的元件和飞线已经出现在PCB文档中的元件盒。9.1.3转换设计PCB有单面板、双面板和多层板，所有这些板都是由层面构成的，这些层面包含在Protel2004提供的3种类型中。(1)电气层：包括32个信号层和16个平面层。(2)机械层：用来定义PCB的轮廓、放置厚度，包括制造说明等。(3)特殊层：包括顶层和底层丝印层、阻焊层和助焊层、钻孔层、禁止布线层(用于定义电气边界)、多层等。PCB的工作层面在【图层堆栈管理器】(Design/LayerStackManager)中设置。图中给出了顶层工作层和底层工作层。9.2.1定义PCB工作板层执行Design/Options命令，进入【PCB板选择项】对话框：(1)测量单位(MeasurementUnit)设置可以设置PCB工作中的度量单位。可选择英制单位(Imperial)或公制单位(Metric)。(2)捕获网格(SnapGrid)设置捕获网格是指光标每次移动的最小距离。一般将捕获网格设置为100mil的约数，如50mil、25mil等。9.2.2PCB设计的环境设置图9.11【PCB板选择项】对话框（3）可视网格(VisibleGrid)设置【标记Markers】设置网格显示类型，即线状(Lines)和点状(Dots)；通常设置【网格1】为50mil(1.27mm)，【网格2】为100mil(2.54mm)。（4）电气网格(ElectricalGrid)设置电气网格是系统在给出的范围内自动搜索电气节点。该选项组有允许电气网格捕获和捕获的范围两项设置。9.2.2PCB设计的环境设置图9.11【PCB板选择项】对话框Protel2004的PCB编辑器是一个规则驱动环境，在电路板的设计过程中执行的任何一个操作，如放置导线、移动元件、自动布线或手动布线等，都是在设计规则允许的情况下进行的。Protel2004中分10个类别的设计规则，覆盖了电气、布线、制造、放置及信号完整性要求等，但其中大部分都可以采用系统默认的设置，而用户真正需要设置的规则并不多。下面以单面板布线、电源VCC和GND网络的导线宽度设置为0.5mm的皮尔斯电路.PcbDoc设置为例，介绍PCB的设计规则。在PCB为当前文档时，执行Design/Rules进入【PCB规则和约束编辑器】(PCBRulesandConstraintsEditor)对话框。界面的左侧显示设计规则的类别，右侧显示对应规则的设置属性。9.3设计规则设置1.单面布线设置单击左侧DesignRules(设计规则)中的Routing类，该类所包含的布线规则以树结构展开，单击RoutingLayers规则，右侧顶部区域显示所设置规则的使用范围，底部区域显示规则的约束特性。对于单面电路板，顶层只放置元件不布线，因此设置为不允许布线。9.3设计规则设置2.导线宽度规则设置单击左侧DesignRules中的Width，显示了布线宽度约束特性和范围，布线的宽度为0.3mm(12mil)，修改数值可改变线宽约束。Protel2004设计规则系统的一个强大的功能是可以定义同类型的多重规则。下面添加一个规则，约束网络VCC和GND布线宽度为0.5mm，操作步骤如下：9.3设计规则设置（1）添加新规则右击左侧DesignRules中的Width，点右键选择NewRule…命令，在Width中添加了一个名为“Width_1”的规则。（2）设置布线宽度单击Width_1，在布线宽度约束特性和范围设置对话框的顶部的【名称】栏里输入网络名称Power，在底部的宽度约束特性中将宽度修改为0.5mm(20mil)。（3）设置约束范围选中右侧【第一个匹配对象的位置】选项组中的【网络】单选按钮，在【全查询FullQuery】选项组中出现InNet()。单击【全部对象All】单选按钮旁的下三角按钮，选择VCC，【全查询】选项组中更新为InNet('VCC')。此时表明布线宽度为0.5mm的约束应用到了电源网络VCC。9.3设计规则设置9.3设计规则设置图9.14添加新规则设置布线宽度使用【查询生成器】将约束范围扩大到GND网络。选中【第一个匹配对象的位置】选项组的【高级Advanced(查询Query)】，然后单击【查询助手QueryHelper】按钮。9.3设计规则设置9.3设计规则设置在对话框的上部是网络之间的关系设置栏，将光标移到InNet(‘VCC’)的右边，然后单击下面一排按钮中的Or按钮，此时Query单元的内容为“InNet(‘VCC’)Or”。单击Categories列表框中的PCBFunctions类的MembershipChecks项，再双击Name列表框中的InNet，此时Query单元的内容为“InNet(‘VCC’)OrInNet()”，同时出现一个有效的网络列表PCBObjectLists，选择GND网络，此时Query单元的内容更新为“InNet(‘VCC’)OrInNet(GND)”，如图9.16所示。单击CheckSyntax按钮，出现信息框，如果没有错误，单击OK按钮关闭结果信息，否则应予修改。单击OK按钮，关闭QueryHelper对话框，在FullQuery单元的范围更新为新内容，如图9.17所示。9.3设计规则设置图9.16查询生成器9.3设计规则设置图9.17语法检查与更新（4）设置优先权通过以上设置，对整个电路板进行布线时有Power和Width的两个约束规则，因此，必须设置优先权，决定布线时约束规则使用的顺序。单击右图左下角的Priorities(优先级)按钮，弹出【编辑规则优先级】对话框。优先级的设置通过【增加优先级】和【减小优先级】按钮实现。9.3设计规则设置自动布局的启动有两种方法：选择Tools/ComponentPlacement|AutoPlacer命令，系统弹出【自动布局】对话框，如图9.19所示。9.4.1自动布局（1）【分组布局】(ClusterPlacer)：是以布局面积最小为标准，同时可以将元件名称和序号隐藏。还有【快速元件布局】复选框，如果勾选此复选框，将加快系统的布局速度。图9.19群组方法与统计方法布局参数设置对话框9.4.1自动布局（2）【统计式布局】(StatisticalPlacer)：它是以飞线长度最短为标准。【分组元件】：表示将当前网络中连接密切的元件作为一组，在布局排列时将该组的元件作为群体而不是个体来考虑。【旋转元件】：表示将根据网络连接和排列的需要，适当旋转和移动元件或封装。【自动PCB更新】：表示在布局过程中自动地将PCB更新。【电源网络】：定义电源