第7章 电路板设计入门

第7章电路板设计入门7.1印制电路板基础7.2电路板设计流程7.3ProtelDXP的PCB编辑器7.4PCB工作参数的设置7.5PCB设计快速入门7.1印制电路板基础7.1.1电路板的结构1.单面板：绝缘基板只有一面有铜膜导线2.双面板：绝缘基板两面有铜膜导线玻璃纤维板铜膜（敷铜板）3.多层板TopLayer(元件面)BottomLayer(焊接面)直插式元件SMD元件焊锡Via(过孔)1．信号层（SignalLayers）信号层主要用于布设铜模导线。ProtelDXP提供了32个信号层，除了顶层和底层以外，还有和30个中间布线层（MidLayer1～MidLayer30）。2．内部电源/接地层（InternalPlanes）内部电源/接地层是整个覆铜的内部板层，主要用于连接电源和接地网络。ProtelDXP提供了16个内部电源层。3．机械层（MechanicalLayers）机械层没有电气特性，主要用来确定电路板的机械边框，放置一些标注、说明等文字信息。ProtelDXP提供了16个机械层。7.1.2PCB设计的工作层4．防护层（MaskLayers）防护层包括阻焊层和锡膏防护层，阻焊层用于插装式元件，锡膏防护层用于表面贴装元件。阻焊层的作用是防止焊接过程中由于焊锡扩张引起的短路。5．丝印层（SilkscreenLayers）丝印层主要用于显示元件封装的轮廓和元件标号等信息。ProtelDXP提供了2个丝印层：顶层丝印层（TopOverlay）和底层丝印层（BottomOverlay）。6．其它层（OtherLayers）其它层包括：钻孔位置层（DrillGuide）、禁止布线层（Keep-Outlayer）、钻孔图层（DrillDrawing）和多层（Multi-Layer）。禁止布线层用来定义电路板的电气边框，以确定自动布局、布线的范围。电路板设计时应使板子的电气边框不超过机械边框。多层是贯穿于每个信号层的工作层，在多层上放置的焊盘和过孔会自动添加到所有的信号层中。7.1.3电路板设计中的图件1．元件封装（Footprint）元件封装是指元件焊接到电路板时所指示的外形轮廓、尺寸以及引脚位置。常用的元件封装种类有电阻式封装（Resistors）、二极管封装（Diodes）、电容封装（Capacitors）、双列直插式封装（DIP）、球栅阵列封装（BGA）、无引线芯片载体封装（LCC）等。这些封装又可以划分为两大类，即直插式封装和表面粘贴式封装。DIP14电阻二极管三极管直插式元件封装及安装图表面粘贴式元件封装及安装图2．导线和飞线导线就是印制电路板上的铜膜走线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的组成部分。飞线，即预拉线，是在网络表引入之后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。3．焊盘（Pad）和过孔（Via）电路板上的焊盘对应了元件的引脚，用于焊接元件实现电气连接，同时起到固定元件的作用。过孔的作用是实现不同板层上的电气连接。过孔分为多层过孔、盲孔或埋孔。多层过孔从顶层通到底层，并允许连接所有的内部信号层。盲孔是从表层到内层的过孔，埋孔是从一个内层连到另一个内层的过孔。顶层走线底层走线Via(过孔)Pad(焊盘)7.2电路板设计流程1．准备原理图2．规划电路板规划电路板包括板层的规划，外形尺寸和形状的规划等，是确定电路板设计的框架。3．设置PCB工作参数设置PCB工作参数包括：PCB环境参数的设置、PCB板层的设置、系统参数的设置等内容。4．载入网络和元件封装载入网络表是将原理图文件中的元件封装及网络连接关系正确地导入到PCB。。5．设定PCB设计规则PCB设计规则包括布局规则、布线规则等。6．元件布局元件的布局可以采用ProtelDXP的自动布局工具来完成。自动布局完成后，对于布局不太满意的地方，可以手工调整，以达到满意的效果。7．自动布线并手工调整布线采用自动布线与手工调整相结合，可以达到比较满意的效果。8．保存及输出完成电路板的设计后，可以将设计结果以图表或相关文档的形式输出，以便加工生产及存档。7.3ProtelDXP的PCB编辑器新建一个PCB文件或打开一个已经存在的PCB文件均可进入PCB编辑器。PCB编辑器如图所示。7.3.1PCB编辑器工作界面菜单栏工具栏工作面板工作区状态栏7.3.2菜单栏与工具栏PCB编辑器的工具栏有PCB标准工具栏（PCBStandard）、布线工具栏（Wiring）、实用工具栏（Utilities）、导航工具栏（Navigation）和过滤器工具栏（Filter）。如图所示。PCB标准工具栏布线工具栏实用工具栏导航工具栏过滤器工具栏7.3.3PCB工作面板单击PCB编辑器窗口左上方的PCB工作面板标签，可以打开PCB工作面板，如图所示。元件分类元件列表元件组成信息7.3.4PCB编辑器的画面管理1．画面显示的缩放在View的下拉菜单中提供了各种有关画面显示的操作命令，如图所示。显示整个文档显示整张图纸显示整个电路板区域放大命令以点为中心的区域放大命令显示选中对象显示过滤器筛选后的对象放大命令缩小命令恢复上次显示状态更新图纸2．画面的移动PCB编辑器中画面的移动方式有以下三种：（1）滚动条移动画面（2）游标手移动画面在PCB工作区按住鼠标右键不放，当鼠标变成小手形状时，拖动鼠标可以任意移动PCB的显示区域。（3）微型窗口移动画面在PCB工作面板的下方有一个显示窗口，如图所示。窗口中的矩形框，表示当前编辑窗口所显示的范围。用鼠标拖动该矩形框就可以移动当前的显示画面。3．英制、公制的切换●英制（单位为mil，1mil=0.001英寸）●公制（单位为毫米mm）两种单位的换算关系如下：1mil=0.0254mm1000mil（1英寸）=25.4mm公制英制的切换命令为：View/ToggleUnits。执行该命令一次，英制、公制状态改变一次。7.4PCB工作参数的设置7.4.1PCB环境参数的设置执行菜单命令：Design/BoardOptions，打开PCB选项对话框，如图所示。PCB环境参数的各项设置内容如下：●MeasurementUnit：用来进行公制或英制测量单位的选择，Metric表示公制，Imperial表示英制。●SnapGrid：设置锁定网格的大小，在它右边的下拉列表中可以选择锁定网格的具体数值，其数值表示光标在图纸上移动的最小距离。●ComponentGrid：设置元件在图纸上移动的最小距离，●ElectricalGrid：设置电气网格，即自动寻找电气节点的功能。选中该选项，则在PCB布线时，会以光标为心，以Range栏中设定的值为半径，自动搜索旁边的电气连接点，并使光标会自动跳到电气连接点上。●VisibleGrid：设置可视网格，“Markers”栏提供了两种可视网格的形状，Dots表示点状网格，Lines表示线状网格。PCB编辑器提供了两组可视网格（Grid1和Grid2)。●SheetPosition：设置图纸位置，该区域中的X和Y用于设置图纸左下角的坐标值，“Width”栏设置图纸的宽度，“Height”栏设置图纸的高度。“DisplaySheet”和“LockSheetPrimitive”复选框分别表示是否显示图纸和锁定图纸。●DesignatorDisplay：用于设置元件标号的显示方式，有两种选择：DisplayPhysicalDesignators表示按物理方式显示，DisplayLogicalDesignators表示按逻辑方式显示。7.4.2PCB板层的设置1．PCB工作层的设置执行菜单命令：Design/BoardLayers&Colors，打开板层与颜色对话框，如图所示。信号层设置区内部电源/接地层设置区机械层设置区防护层设置区丝印层设置区其他层设置区系统颜色设置区系统颜色（SystemColors）的主要设置内容如下：●ConnectionsandFromTos：设置网络连接预拉线（即“飞线”）的显示状态及颜色。●DRCErrorMarkers：设置DRC错误的显示状态及颜色。●Selections：设置选取对象的颜色。●VisibleGrid1：设置可视网格1的显示状态及颜色。●VisibleGrid2：设置可视网格2的显示状态及颜色。系统默认情况下显示可视网格2。●PadHoles：设置焊盘的显示状态及颜色。●ViaHoles：设置过孔的显示状态及颜色。2．PCB板层的管理执行菜单命令：Design/LayerStackManager，打开板层堆栈管理器，如图所示。板层堆栈管理器默认采用双面板的设计，给出了顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）两个工作层面，堆栈管理器中各按钮的含义及各项设置如下：●AddLayer：添加信号层。●AddPlane：添加内部电源/接地层。●MoveUp：将选定的工作层向上移一层。●MoveDown：将选定的工作层向下移一层。●Delete：删除所选定的工作层。●Properties：设置板层的属性参数。●ConfigureDrillPairs：配置钻孔属性。●ImpedanceCalculation：用于阻抗计算。●Menu：单击此按钮，弹出与上面按钮对应的菜单命令，其中ExampleLayerStacks项的子菜单提供了多种标准电路板层的样式供用户选择。板层的属性参数的设置方法如下：如果选中信号层，单击Properties按钮，可以打开信号层属性设置对话框，如图7.19所示。设置板层名称设置板层铜膜厚度7.4.3系统参数的设置执行菜单命令：Tools/Preferences，打开参数选择对话框，如图所示。Options标签页Options标签页有五个设置区域：EditingOptions区域、Other区域、AutopanOptions区域、InteractiveRouting区域、PolygonRepour区域。（1）EditingOptions区域●OnlineDRC：设置在布线时是否打开在线设计规则检查。●SnapToCenter：选中此项，则用鼠标移动对象时，十字光标会自动出现在元件的中心位置；不选此项，则用鼠标移动对象时，十字光标出现在鼠标单击的位置。●SmartComponentSnap：在选中SnapToCenter时，再选中此项，则用鼠标移动元件时，光标会自动移到距离鼠标最近的参考点，包括焊盘中心或元件中心。●DoubleClickRunsInspector：设置是否可以在双击鼠标时弹出Inspector工作面板。●RemoveDuplicates：设置系统是否会自动删除重复的数据（如元件等）。●ConfirmGlobalEdit：选中此项，当进行整体属性修改时，系统会弹出一个确认对话框；否则不会。●ProtectLockedObjects：设置是否保护PCB设计中已锁定的所有对象。●ConfirmSelectionMemoryClear：设置当清空选择寄存器时是否需要确认提醒。●ClickClearsSelection：设置是否可以通过单击鼠标取消PCB上对象的选取状态。●ShiftClickToSelection：选中此项，必须使用Shift+鼠标单击才能选中对象；不选此项，只要鼠标单击对象即可选中该对象。（2）Other区域●Undo/Redo：设置“撤消/恢复”的次数。●RotationStep：设置PCB图件的旋转步长。●CursorType：设置光标类型，右边的下拉列表共有三种选择：Large90°（大90°光标）、Small90°（小90°光标）、Small45°（小45°光标）。●ComponentDrag：设置拖动元件时元件与导线的连接方式。共有两个选项，选中ConnectedTracks，当使用Drag命令拖动元件时，与元件相连的导线随着一起移动，不会断开；选中None，拖动元件时，与元件相连的导线会和元件断开。（3）AutopanOptions区域●Style：设置自动摇景的模式，右边的下拉列表列出了7种自动摇景模式，系统