印制电路板设计实例.ppt

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1、印制电路板设计实例印制电路板设计实例 下面以甲乙类放大器的印制电路板单、双层PCB板的设计过程。2021/9/171甲乙类放大器印制电路板单层板设计 2021/9/172序号序号元件值元件值元件封装元件封装元件名元件名说明说明R127KAXIAL0.3RES2R227KAXIAL0.3RES2R35KAXIAL0.3RES2R45KAXIAL0.3RES2C110uRB-.2/.4ELECTRO1Electrolytic CapacitorC2200uRB-.2/.4ELECTRO1Electrolytic CapacitorD11N4001 DIODE0.4DIODEDiodeD21N400

2、1 DIODE0.4DIODEDiodeQ12N3904 TO-46NPNNPN TransistorQ22N3904 TO-46NPNNPN TransistorQ32N3906 TO-46PNPPNP TransistorJ1CON4SIP-4CON4ConnectorJ2CON2SIP-2CON2ConnectorJ3CON2SIP-2CON2Connector2021/9/173PCB自动布线技术操作步骤自动布线技术操作步骤1、绘制电路原理图2、生成网络表3、建立PCB文件、定义电路板（可以直接定义电路板，也可以使用向导定义电路板。同时进行PCB设计环境的设置，确定工作层等）。4、加载

3、PCB元件库（常用PCB元件库有PCB Footprint.Lib、General IC.lib、International Rectifiers.lib、Miscellaneous.lib、Transistors.lib等）。5、加载网络表6、元件的布局7、设计规则设置8、自动布线9、人工布线调整10、PCB电气规则检查及标注调整11、PCB报表输出12、PCB输出2021/9/1741、绘制电路原理图、绘制电路原理图2021/9/1752、生成网络表、生成网络表2021/9/1763、建立、建立PCB文件、定义电路板文件、定义电路板建立建立PCB文件文件2021/9/177确定工作层确定工

4、作层2021/9/178 确定工作层确定工作层2021/9/179【Signal Layers】：】：信号层(Signal Layers)。对于双面板而言，顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)这两个工作层必须设置为打开状态，而信号层的其他层面均可以处于关闭状态。【Top Layer】：】：顶层，也是元件层。【Bottom Layer】：】：底层，也是焊接层。【Internal Planes】：】：内电源或地层，主要用于放置电源或地线，通常是一块完整的铜箔。【Mechanical Layers】：】：机械层，用于放置一些与电路板的机械特性有关的标注尺寸信息和定位孔.【Ma

5、sks】：】：Top Solder:顶层阻焊层。Bottom Solder:底层阻焊层。它用于在设计过程中匹配焊盘，并且是自动产生的Top Paste:顶层锡膏层。Bottom Paste:底层锡膏层。锡膏防护层的作用与阻焊层相似，但在使用“hot re-flow”（热对流）技术安装SMD元件时，锡膏防护层用来建立阻焊层的丝印。【Silkscreen Layers】：】：丝印层(Silkscreen Layer)，用于放置元件标号、说明文字等。【Other Layers】分组框：】分组框：其他层面(Other Layers)，根据实际需要选择。【Keep-Out Layer】：】：禁止布线层，

6、用于绘制印制电路板的边框。【Multi-Layer】：】：多层，包括焊盘和过孔这些在每一层都可见的电气符号。【Drill Guide】：】：钻孔定位层，此层主要和制板厂商有关。【Drill Drawing】：】：钻孔层，此层主要和制板商有关。2021/9/1710确定工作层确定工作层2021/9/1711定义电路板定义电路板2021/9/17124、加载PCB元件库(执行菜单命令Design/Add/Remove Library 或点击Add/Remove.按钮)2021/9/17135、加载网络表、加载网络表(执行菜单命令DesignLoad Nets)2021/9/1714*注意：注意修改

7、错误的方法:a.回到原理图中修改：如导线未连接好、封装值、网络编号 b.在网络表中修改：如修改元件的引脚号、网络连接 c.在PCB中修改：如修改封装值的引脚号如修改封装值的引脚号 直到没有错误为止。直到没有错误为止。2021/9/1715 常见的错误和警告：常见的错误和警告：“Error:Footprint xxx not found in Library”：错错误误：封封装装xxx没没有在库中发现。一般为元件所在的封装库文件没有加载。有在库中发现。一般为元件所在的封装库文件没有加载。“Warning:Alternative footprint xxx”：警警告告：封封装装xxx管管脚脚悬悬空

8、空。如如果果是是原原理理图图中中该该管管脚脚实实际际就就没没有有用用到到，就就是是空空着着的的，就就不不必必理理会会这这个个警警告告；如如果果该该管管脚脚用用到到了了，现现在在系系统统提提出出了了警警告告，你你就就应应该该回回到到原原理理图图设设计计器器，检检查查该该管管脚脚上上的的布布线线，最最后后重重新新生生成成网网络络表表，重重复复加加载载网络表操作。网络表操作。“Error:Component not found”：错错误误：没没有有发发现现元元件件封封装装。原原因因可可能能是是没没有有加加载载库库文文件件，或或是是在在原原理理图图设设计计时时没没有有指指定定该该元元件件的的封封装装形

9、形式式。应应该该回回到到原原理理图图设设计计器器，检检查查某某个个元元件件是是否否指指定定封封装装。最最后后重新生成网络表，加载所需元件封装库文件，重复加载网络表操作。重新生成网络表，加载所需元件封装库文件，重复加载网络表操作。“Error:Node not found”：封封装装可可以以找找到到，但但是是管管脚脚号号和和焊焊盘盘号号不不一致，例如二极管一致，例如二极管A改为改为1，K改为改为2 2021/9/17161元件布局的一般原则元件布局的一般原则（1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。（2）以每个电路的核心元件为中心，围绕它进

10、行布局，元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各个元件之间的引线和连接。（3）易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。（4）某些元件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引起短路。带强电的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（5）较重的元件，应当用支架加以固定，然后焊接。（6）发热元件应放在有利于散热的位置，必要时可装散热器。（7）热敏元件应远离发热元件。（8）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置

11、相适应。（9）位于电路板边缘的元件，离电路板边缘一般在2mm以上。（10）电路板的最佳形状为矩形，长宽比例为32或43。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。6、元件的布局、元件的布局PCB设计的一般原则设计的一般原则2021/9/17172布线的一般原则布线的一般原则（1）输入和输出的导线应尽量避免相邻平行。（2）印制板导线最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。（3）导线宽度不宜大于焊盘尺寸。（4）印制板导线不能有急剧的拐角和拐弯，拐角不得小于90，最佳的拐弯方式是采取圆弧形。（5）模拟电路和数字电路的地线应分开布线以减少相互干扰。（6

12、）在设计PCB时，不允许有交叉的铜膜走线，对于可能交叉的线条，可以用“钻”或“绕”的办法解决。（7）设计PCB图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位置是否正确。2021/9/17186 6、元件布局、元件布局图 自动布局对话框（Cluster Placer）（1）自）自动动布局布局 执行菜单命令Tool/Auto Placement/Auto Placer，弹出如图所示的自动布局对话框（Cluster Placer）。系统提供两种自动布局方式：1群组式自动布局群组式自动布局 群组式自动布局方式如图所示。此方式适合元件数小于100个的电路，

13、说明：执行该方式布局前，可以执行菜单命令Design/Rules，打开Design Rules（设计规则）对话框，选择Placement（布局）选项卡设定自动布局的参数。这些规则仅对Cluster Placer（群组式布局）方式有效。2021/9/1719 统计式自动布局方式如图所示。此方式基于统计学的算法来布局元件，使元件间的连接导线长度尽量最短，它适合元件数量超过100个的电路。2统计式自动布局统计式自动布局图 自动布局对话框（Statistical Placer）各选项的意义如下：Group Components：将网络中电气连接关系密切的元件归为一组。Rotate Components

14、：，允许元件旋转以便找出一个最佳布局方向，从而达到较好的布局效果。Power Nets：输入网络名称Ground Nets：与Power Nets相似，通常是地线网络名称。Grid Size：设置元件自动布局时的栅格间距。2021/9/1720注意：注意：在运行自动布局前，应确保已经定义了一个PCB板的电气边界，并确保电气边界的属性选择为Keep out。否则，不能执行自动布局。3停止自动布局停止自动布局 执行Tool/Auto Placement/Stop Auto Placer命令用于停止正在自动布局的操作。选择统计式自动布局，结果如图所示。图 自动布局的稳压电源图2021/9/1721对

15、象的编辑操作对象的编辑操作 前面我们学习有关移动、旋转、翻转、选取等操作，本处再学习复制、剪切、粘贴、删除等操作。1 1剪切：剪切：执行菜单命令Edit/Cut或单击 图标 2复制：复制：执行菜单命令Edit/Copy。3粘贴：粘贴：执行菜单命令Edit/Paste或单击 图标图9-21 选择性粘贴属性对话框4选择性粘贴：选择性粘贴：执行菜单命令Edit/Paste Special,将进入选择性粘贴属性对话框，如图所示。5清除对象：清除对象：执行菜单命令Edit/Clear将删除被选取的对象。6删除对象：删除对象：执行菜单命令Edit/Delete，移动光标到要删除的对象，单击鼠标左键将删除对

16、象。2021/9/1722手工调整布局手工调整布局图 手工调整后的稳压电源布局图 手工调整元件布局实际上就是对元件进行移动、旋转、翻转、调整元件标注等操作。手工调整后的稳压电源布局图如图所示。调整布局实际上就是进行元件封装的位置调整，而调整布局的目的是为了便于布线。2021/9/1723图 调整布局的图形图 两级共射放大电路原理图2021/9/1724进行自动布线之前，要根据电路的实际需要，进行相应的布线规则设置。自动布线的设计规则自动布线的设计规则 执行菜单命令Design/Rules，系统会弹出如图所示的设计规则对话框，这里仅对自动布线的一些规则进行说明。图设计规则（布线参数）对话框7、布

17、线规则设置、布线规则设置2021/9/1725图 设计规则（布线参数）对话框（1）设置安全间距参数设置安全间距参数 双击Clearance Constraint（安全间距）选项，可进入安全间距设置对话框，如图所示。2021/9/1726（2）设置布线拐角模式）设置布线拐角模式 双击Routing Corners（布线拐角）选项，将弹出如图所示的布线拐角规则设置对话框。图 布线拐角规则设置对话框。2021/9/1727（3）设置布线工作层设置布线工作层图 布线层规则设置对话框 双击Routing Layers（布线层）选项，将弹出如图所示的布线层规则设置对话框。Rule Attribute：该项

18、用于设定自动布线时所使用的布线层以及对应层的走线方式。2021/9/1728（4）设置布线优先级）设置布线优先级双击Routing Priority选项，将弹出布线优先级设置对话框。（5）设置布线的拓扑结构设置布线的拓扑结构双击Routing Topology选项，将弹出布线拓扑规则设置对话框。（6）设置过孔类型设置过孔类型双击Routing Via-Style选项，将弹出布线过孔类型设置对话框 各个工作层布线的走向方式有Not Used（不使用）、Horizontal（水平方向）、Vertical（垂直方向）、Any（任意方向）等11种。采用双面板和多层板时，一般默认设置TopLayer（顶

19、层）为Horizontal，BottomLayer（底层）为Vertical。当我们需要作单面板时，应把TopLayer设为Not Used，BottomLayer设为Any。本例中我们设置成为单面板。（3）设置布线工作层设置布线工作层2021/9/1729图9-27 布线宽度设置对话框（7）设置走线宽度设置走线宽度Rule Attributes：该规则属性包括Minimum With（最小走线宽度）、Maximum With（最大走线宽度）、Preferred With（优先选用走线宽度）。这里我们把Maximum With 和Preferred With走线宽度都设20mil。双击Widt

20、h Constraint选项，将弹出如图所示的布线宽度设置对话框。2021/9/17308、自动布线自动布线自动布线的菜单命令Auto Route如图所示。（1）全局自动布线）全局自动布线 执行菜单命令Auto Route/All，系统弹出图所示的对话框。图 Auto Route 菜单图 自动布线设置对话框2021/9/1731（2）对选定的网络进行布线对选定的网络进行布线：执行菜单命令Auto Route/Net。（3）对两连接点进行布线：）对两连接点进行布线：执行菜单命令Auto Route/Connection。（4）指定元件布线：）指定元件布线：执行菜单命令Auto Route/Com

21、ponent。（5）指定区域布线：）指定区域布线：执行菜单命令Auto Route/Area。（6）其他布线命令：）其他布线命令：Auto Route/Setup：自动布线设置。本例我们采用全局自动布线，自动布线的结果如图所示。2021/9/1732图 稳压电源的全局自动布线图2021/9/1733 在Tools/Un-Route菜单下提供了几个常用于手工调整布线的命令，说明如下：（1）All：拆除所有的布线。（2）Net：拆除所选取网络的布线。（3）Connection：拆除所选取的一条连线。（4）Component：拆除与所选的元件相连的导线。加加宽输宽输入入/输输出出线线 为了提高抗干扰

22、能力，增加系统的可靠性，往往需要将电源、接地线和一些流过电流较大的线加宽，其操作步骤如下：9、人工布线调整、人工布线调整2021/9/1734（1）双击需要加宽线，会弹出如图所示的导线属性设置对话框。（2）在对话框中的Width栏中输入实际需要的宽度值。本例把电路中的输入/输出、电源/接地线等大电流网络加宽，线宽度值为40mil（约1mm）。（3）单击OK按钮。如图所示为加宽输入/输出线、电源/地线后的PCB图。图 导线属性设置对话框 2021/9/1735图 输入/输出线等被加宽后的PCB图2021/9/1736调调整文字整文字标标注注 经过自动布局后，元件的相对位置与原理图中的相对位置发生

23、了变化，在经过手动布局调整后，元件的标号变得比较杂乱，所以经常需要调整其标注，使PCB更加美观。（1）手动更新编号）手动更新编号（2）自动更新编号）自动更新编号 1）执行菜单命令Tools/Re-Annotate，弹出如图9-33所示标注方式对话框。2）选择重新标注方式。有5种方式供选择。3）单击OK按钮，系统将按照设定的方式对元件标注重新编号。图9-33 选择重新标注方式对话框（3）更新原理图）更新原理图 1）执行Design/Update Schematic命令，系统弹出更新设计对话框。2）单击Execute按钮，弹出确认元件关系对话框。对这些元件进行匹配操作。10、PCB电气规则检查及标

24、注调整电气规则检查及标注调整2021/9/1737补补泪滴泪滴 要补泪滴，执行菜单命令Tools/Teardrops，即可弹出如图9-34所示的泪滴参数对话框。图9-34 泪滴参数设置（1）General选项All Pads：为所有焊盘加泪滴。All Vias：为所有过孔加泪滴。Selected Onjects Only：为选中的对象加泪滴。Force Report：强制加上泪滴。Creat Report：生成有关泪滴的报告文件。（2）Action选项。用于设置对泪滴的操作。Add：添加泪滴Remove：移除泪滴（3）Teardrop Style选项。用于设置泪滴的样式。Arc：圆弧形。Tra

25、ck：线形。2021/9/1738布线结果检查布线结果检查-DRC检查检查 DRC（Design Rule Check），设计规则检查；PCB编辑器提供了两种DRC运行模式：Batch-mode DRC（批处理模式）和Online-mode DRC（在线检测模式）。1Batch-mode DRC执行菜单命令Tools/Design Rule Check，打开如图9-35所示的设计规则检查对话框 图9-35 设计规则检查对话框2Online-mode DRC即时检测，默认情况下，PCB编辑器中自动运行，在进行自动布局、自动布线操作的同时进行，若违反规则，则把违反规则的对象以绿色高亮显示。2021

26、/9/1739网络表比较网络表比较1生成生成PCB的网络表的网络表 执行菜单命令Design/Netlist Manager，系统弹出网络管理器 2网络表比较网络表比较 把两个网络表文件进行比较，是为了检查这两个网络表所对应的文件之间的连接关系是否存在差异，要检查PCB板是否存在漏布线（如自动布线布通率达不到100%时），我们可以把原理图的网络表文件与其PCB图的网络文件进行比较，若有不匹配的现象出现，就说明有漏布线，可以根据比较所生成的结果报告文件查看修改，以保证电路板制作的正确。（1）回到原理图编辑器中，执行菜单命令Reports/Netlist Compare（2）执行菜单命令Compa

27、re Netlists，通过选择PCB文件网络表和原理图文件网络也可以进行比较。2021/9/174011、生成生成PCB报表和打印电路板报表和打印电路板（1）生成）生成PCB报表文件报表文件 Protel 99 SE 的印制电路板设计系统提供了生成各种报表的功能，它可以给用户提供有关设计过程及设计内容的详细资料，通过执行Reports菜单的子菜单来实现，引脚报表能够提供电路板上选取的引脚信息。执行菜单命令Reports/Selected Pins。生成引脚报表文件*.DMP。1）生成引脚报表）生成引脚报表2）生成电路板信息报表）生成电路板信息报表 电路板信息报表的作用是给用户提供一个电路板的

28、完整信息，包括电路板尺寸、焊点及导孔的数量和电路板上的元件标号等等，2021/9/1741 执行菜单命令Reports/Board Information，系统会弹出如图9-36所示的电路板信息对话框。图9-36 电路板信息对话框General 选项卡：列出电路板的一般信息如电路板大小，电路板上各个组件的数量（如字符串个数、导线数、焊点数、导孔数、多边形敷铜数、违反设计规则的数量等）。2021/9/1742图9-37 Components选项卡Components选项卡：列出当前电路板上使用的元件标号以及元件所在的层等信息，如图9-37所示。图9-38 Nets选项卡Nets选项卡：列出当前电

29、路板中的网络信息，如图9-38所示。2021/9/1743（2）单击Nets选项卡中Report按钮，系统将弹出如图9-39所示的板报表对话框，用户可以选择需要产生报表的电路板信息。图9-39 板报表对话框（3）单击Report按钮，即可生成包含了选中项内容的报告文件，以.REP为扩展名。2021/9/1744（3）生成数据库结构设计报表）生成数据库结构设计报表 数据库结构设计报表的作用是根据当前的.DDB设计数据库文件的分级结构生成的报表文件，文件以.Rep为后缀名。执行菜单命令Reports/Design Hierarchy，在其中产生PCB文件相应的结构设计报表。（4）生成网络状态报表）

30、生成网络状态报表 网络状态报表用于列出电路板中每一条网络的长度。要生成网络状态报表，可以执行Reports/Netlist Status菜单命令，产生相应的网络状态报表，文件以.REP为后缀名。2021/9/174512、PCB的打印输出的打印输出（1）PCB文件的打印预览文件的打印预览 要打印PCB图形，首先要生成一个打印预览文件（Preview*.PPC），然后在打印预览文件中设置打印格式。进入打印预览的具体操作：图9-40 打印预览窗口 1）激活需要打印的PCB文件（Power.PCB）。2）执行菜单命令File/Printer/Preview，或单击 按钮，系统将会生成并打开Previ

31、ew Power.PPC，如图9-40所示。在默认情况下，Preview*.PPC文件是以Multilayer Composite Print（叠层打印）的形式打印，2021/9/1746图9-41 打印机设置对话框（2）打印机设置打印机设置进入Preview*.PRC文件后，执行菜单命令File/Setup Printer，将弹出如图9-41所示的打印机设置对话框。（3）打印格式）打印格式两种常用的打印格式。（1）叠层打印PCB图形 即在一张图纸上将所有层都打印出来，用不同的颜色来表示各层的图形。这主要便于有彩色打印机的用户 （2）分层打印PCB图形 分层打印格式也称为最终打印格式。它是将不同板层分别打印。（4）打印输出打印输出设置了打印机和打印格式后，可以使用打印机进行打印输出了。2021/9/1747