设计一个印制电路板

36图3-67设计电路板图的流程绘制电路原理图生成网点表规划电路板载入网点表布置元件封装布线检查存档和输出电路板图3.7设计一个印制电路板图电路板设计过程大致可分为两个部分，分别是绘制原理图和电路板图，而这两种图是通过网络表相链接起来的。由一幅原理图设计一个印制电路板图的流程如图3-67所示。产生网络表和产生网络表之前的工作由AdvancedSchematic99来完成，这一部分为设计印刷电路板的先期工作。在准备好原理图和网络表之后，就可以进入AdvancedPCB99。首先要规划电路板,然后就可以调入前面所准备的网络表，同时元件封装也自动被放进电路板中，但这些元件封装是叠放在一起的，所以下一步便是将把它们分开，并放置到适当的位置。在元件布置完成后，就可设定设计规则，开始自动或手工布线了，在采用自动布线时，如果布线没有完全成功，或有些不满意和违规错误的地方，就要进行手工调整。最后是将电路板图存盘，在需要时可利用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪输出电路板图。上述步骤并不是绝对不变的，这个流程只是最一般的作法。本节将介绍如何由AdvancedSchematic99绘制的原理图，来设计一个印刷电路板图，此处所使用的原理图是前面的图3-26所示的比较器电路原理图。一、生成网络表进入AdvancedSchematic99并打开比较器电路原理图文件“Comparator.sch”，如图3-68所示。在生成网络表之前，首先要设置每个元件采用的元件封装，双击原理图中的某个元件打开它的属性对话框，其中的“Footprint”栏就是用于设置该元件采用何种元件封装的。所谓元件封装就是指该元件在印制电路板图中采用的元件外形图。双击原理图中的电阻元件R5屏幕上弹出如图3-69所示的元件属性对话框。打开属性对话框时，“Attributes”选项卡中的“Footprint”栏是空的，输入37图3-69设置电阻R5的元件封装“AXIAL0.3”，表示元件R5采用的元件封装名称是“AXIAL0.3”，这个元件封装在Protel99的标准元件封装库中，所以我们不必新建此类元件的封装库。按照相同的方法，设置原理图中所有元件的元件封装。图3-26中所有元件采用的元件封装列表如下，如表3.1所示。表3-1各元件采用的元件封装其中开关SW1、SW2、SW3采用元件封装名称为“RAD0.4”，有关这类器件的封装形式因功能、电器性能的不同，存在很大的差异。待到下一节学会制作器件封装库后，再选用合适的封装来代替。元件名称元件封装SW1(开关)RAD0.3SW2(开关)RAD0.3SW3(开关)RAD0.3U1(uA741)DIP8U2(uA741)DIP8R9(1K)AXIAL0.3R2(2K)AXIAL0.3R1(2K)AXIAL0.3R8(4.3K)AXIAL0.3R5(4.3K)AXIAL0.3R4(4.3K)AXIAL0.3R3(4.3K)AXIAL0.3R6(4.3K)AXIAL0.3R7(4.3K)AXIAL0.3D2(二极管)DIODE0.4D1(二极管)DIODE0.4图3-68打开比较器电路原理图38图3-70生成网络表图3-71自动进入文本编辑器并装入网络表文件图3-72启动电路板向导图3-73电路板向导的启动对话框有关如何新建这个单刀单掷开关的元件封装，将在下一节中介绍。其他元件采用的元件封装都是标准元件封装库中的元件，只需拿来用即可。其中DlP8是有8个管脚的双列直插集成电路块，AXIAL是管状元件的元件封装，DEIODE0.4是二极管的元件封装。当所有元件的元件封装确定后，就可以生成网络表了。执“Tools/CreateNetlist”命令，屏幕上弹出如图3-70所示。这个对话框用于设置生成网络表时的各种参数，由于它的默认设置是刚好满足AdvancedPCB99的需要，所以不必进行任何改动，按OK按钮，即可生成网络表，这个网络表文件名称为“Comparator.net”，系统会自动进入文本编辑器，打开该网络表文件，如图3-71所示。网络表是文本文件，它记录了原理图中各元件的信息以及各元件管脚之间的连接关系。网络就是元件管脚之间的电气连接关系，每个网络都是元件管脚和管脚之间的连接关系的集合。执行“File/Save”命令将网络表文件存盘，至此就完成了网络表的生成。下面的工作就应该是在AdvancedPCB99中完成。二、规划电路板创建一个电路板图最方便的方法就是利用Protel99提供的电路板向导(PrintedCircuitBoardWaizad)，它提供了多种工业标准的电路板外形，也可自定义电路板。使用这个向导规划电路板的步骤如下：1．执行“File/New…”命令，屏幕上弹出一个对话框，并打开“Wizards”选项卡，如图3-72所示。2.选中如图3-72中的图标，按OK按钮启动向导，如图3-73所示。3．图3-73画面是介绍向导作用的，按Next39图3-74选择电路板的外形图3-75定义板框图3-76设置电路板层图3-77设置过孔类型图3-78进一步设置图3-79设置邻近焊盘之间可过线条数图3-80设置各种尺寸和安全间距图3-81设置是否建立一个模板按钮进入下一个对话框，如图3-74所示。4．图3-74框询问采用什么外形的电路板，我们要制作的电路板是1700×1240mil的长方形电路板。选择其中的“CustomMadeBoard”项，表示要自定义板框，按Next进入下一个对话框，如图2-75所示。5．这个对话框要求设置板框的参数，我们要制作的是1700mil×l240mil的长方形电路板，在“Width”、“Height”栏中分别填入l750mil和1290mil，为电路板边缘留出了50mil的空地，单击“TittleBlock”和“LegendString”复选框，去掉它们前面的勾。其它栏保持默认值，按Next按钮进入下一个对话框，如图3-76所示。6．这个对话框设置电路板采用几层板，选择第二项制作一个双面板。按Next按钮进入下一个对话框，如图3-77所示。7．这个对话框用于设置电路板图将采用的过孔类型，保持默认值，按Next按钮进入下一个对话框，如图3-78所示。8.这个对话框用于选择电路板中采用何种元件，选择“Through-holecomponents”项，则对话框会变为图3-79所示的样子。单击“TwoTrack”单选框，按Next按钮进入如图3-80所示的对话框。9．这个对话框用于设置电路板的设计规则，包括铜膜线最小线宽、过孔的直径和钻孔孔径以及铜膜线间的最小安全间距。保持各栏的默认值，按Next按钮进入下一个对话框，40图3-82电路板设置完毕图3-83进入PCB编辑器图3-84装入需要的元件封装库如图3-81所示。l0.这个对话框询问是否将上面的设置保存为一个电路板模板，以备以后使用，这里不想建立模板，单击对话框中唯一的复选框，去掉其中的勾，按Next按钮进入下一个对话框，如图3-82所示。11.对话框中出现一面旗子，表示电路板设置完毕，按Finish按钮，则系统会自动进入电路板图编辑器，并装入设置完毕的电路板图，如图3-83所示。可见，经过上述的设置，电路板的板框已经被绘制出来，并且加上了尺寸标识。l2.执行“File/SaveAs”命令，将新建的电路板图保存为“Comparator．PCB”。至此完成了电路板的规划。三、装入元件封装库在前面生成网络表之前，我们曾强调要确定原理图中每个元件的元件封装，每个元件采用的元件封装名称被记录在网络表，以备AdvanecedPCB99载入网络表时使用。而元件封装都是存放在元件封装库中，在载入网络表之前，首先要保证系统已经安装了元件封装库，且具有网络表中记录的元件封装，这样载入网络表才会成功。Protel99提供了很多个元件封装库（Connectors、GenericFootPrints、IPCFootPrints），存放在安装该软件的Labrary/Library/Pcb的文件夹中，但如果还没有合适的元件封装，就必须自己制作元件封装，并将其存放在某个元件封装库中。安装需要的元件封装库的步骤如下：1．执行“Design/Add/Remov”命令，屏幕上弹出如图3-84所示的对话框。2．选取“/Library/Pcb/GenericFootPrints/”目录下的“advpcb.ddb”，按Add按钮将其装入，这个库是标准元件封装库，基本囊括了常用的各种器件的封装类型。例如电阻、电容、双例直插集成电路、表面贴电路、连接件等，这个库是印刷电41图3-85载入网络表对话框图3-86选取网络表文件图3-87载入网络表后的对话框路板设计中频繁使用的，建议读者多加浏览。3．装入完毕后，按OK按钮，退出对话框。四、载入网络表电路板规划完毕，并且所需要的元件封装库已经被装入，就可以载入网络表。装入网络表的步骤如下：1．生成节点表文件执行“Design/Netlist...”命令，生成用于制作印制电路板的节点列表Comarator.net文件，并随即打开之，以便于设计者浏览，若有需要也可以对此文件进行必要的一些修改。但是作者强烈建议，如果不是万不得意，最好不要改节点表文件，这样的好处是能够保持将来的印刷电路板与原理图一致。2.装入节点表在印刷电路板编辑器状态下，执行“Design/LoadNets…”命令，屏幕如图3-85所示。3.点击图3-85中的“Brows…”按钮，屏幕如图3-86所示。4.点击图3-86中的“OK”按钮，屏幕如图3-87所示。5.拖动图3-87中的垂直滚动条，观察是否有错误。有错误，测回到原理图编辑器中进行修改，反之点击图3-87中的“Exeute”按钮，屏幕如图3-88所示。系统在分析完网络表后，会自动生成一些网络宏命令。对话框下方一栏列出所有的宏命令，在“Status”栏显示“Allmacrosvalidated”，表示所有的宏命令都是正确的。按“Execute”按钮，则系统开始自动装入元件封装，完成后的电路板42图3-88载入网络表后的电路板图图3-89设置推挤次数图如图3-88所示。可以看到自动装入的所有的元件封装都叠放在一起。下面的工作就是将所有的元件封装分开，并布置到合适的位置。五、布置元件首先利用“Shove”命令将所有叠放在一起的元件封装分开。执行“Tools/AutoPlacement/SetShoveDepth...”命令，弹出如图3-89所示的对话框。该对话框用于设置推挤次数，输入50后，按OK按钮退出。再执行“Tools/AutoPlacement/Shove”命令，这时光标变为十字形，用十字光标单击电路板图中堆积在一起的元件封装，如图3-90所示。这时光标位置会出现一个菜单，列出了所有处于光标单击位置的元件封装名称，在菜单中任意选一个，单击鼠标左键，则程序开始推挤元件封装。如图3-91所示，所有的元件封装基本上都被推开了。图中有显示为高亮度的焊盘，说明仍有部分元件封装是重叠的，而且我们对这个元件布局是不满意的，所以必须进行手工调整。现在可以看到，电路板图有些元件焊盘之间有大量的直线段相连，就是这些看近似胡乱的线，表示了元件封装焊盘之间的逻辑关系，而这些逻辑关系，正是从网络表中得来的。本书中将这种线称为“飞线”。43图3-90单击堆积的元件封装图3-91元件封装大部分被推开图3-92分类排列所有的元件封装图3-92手工布置后的结果图3-93二极管属性对话框下面的任务就是要将元件封装布置到合适的位置。布置的方法就是将元件封装搬移到合适的位置。用鼠标点住一个器件不放，移动鼠标就可以将该元件随意搬移到各处，按空格键可以旋转抓起的元件，将元件封装搬移到某处后，单击鼠标左键即可将该元件封装定位。对各个器件进行必要的处理之后，屏幕如图3-92所示。六、检查被遗漏的节点从图3-92中我们看到SW1、SW2、SW3和一些的电阻只是一端有飞线，另一端的节点被遗漏了，反思原理图，我们发现都是设计者原意为输入信号的引脚，但在实际电路板上没有对应的实体，由此