1、印制电路板的设计信息工程学院电子信息科学与技术教研室谷丽华学习要点v掌握单面板和双面板的设计流程v掌握在PCB项目工程中添加PCB文档的方法v掌握自动约束的设置及布线的修改PCB设计流程v设计原理图并生成网络表vPCB设计设置：电路板结构及尺寸等参数v更新网络表或PCBv修改封装与布局v布线规则设置：导线宽度、安全间距等v自动布线或手工布线v手工调整布线v保存文件与输出印制电路板的设计v单面板的设计v双面板的设计单面板的设计v新建PCB文档v电路板设计的规划和环境设置v调入网络表v元件的布局v设计规则设置v印制电路板的布线v更新设计项目v验证设计项目v其它后续处理新建PCB文档v在工程中添加一
2、个PCB文档v新建一个PCB自由文档，然后添加到工程中在工程中添加一个PCB文档v打开要添加PCB文档的工程v鼠标放在工程上，点右键-add new to project-pcb，则在该工程下生成一个名为pcb1.pcbdoc的文档，存盘并改名，然后人工定义板子的尺寸，在PCB文档中用keep-out层的导线定义板子的外形尺寸，也可用向导生成。v单击下面面板标签files-new from template-pcb board wizard，点next，选择度量单位，Imperial为英制，1inch=1000mil，Metric为公制单位，mm，1inch=25.4mm,即100mil=2.
3、54mm。v点next,选择电路板轮廓,选custom,自定义.点next,选板子形状：矩形(rectangular)，圆形(circle)，自定义(custom)，这里选rectangular,board size项中，width和height中填写板子的长和宽。v注：电路板最佳形状是矩形，长宽比为3：2或4：3v点next,选择板层，信号层为2层，电源层为0层，点next,过孔类型为通孔(thruhole),多层板则选择盲孔和隐藏导孔(blind and buried)。v点next,设置元件/导线技术，选择是表面安装器件还是插孔式安装，若为表面式安装，则选择是一面放件还是双面放件，若为插
4、孔式安装，则选择相邻焊盘间的导线数。v点next,设置导线/导孔属性，点next，然后点finish，完成设置。v存盘并改名。v新建一个PCB自由文档的方法类似于在工程中建一个PCB文档。v将自由文档添加到工程中：打开工程，选中工程，单击鼠标右键，选add exiting to project，在弹出的对话框中选择要添加的pcb文档，点打开，即可加入该文档。v注：移除文档类似添加文档，选中要移除的文档，单击鼠标右键，选remove from project即可。电路板设计的规划和环境设置v定义PCB工作板层：电路板是由层面构成的，protel提供三种类型的层面1、电气层：32个信号层和16个平
5、面层2、机械层：16个3、特殊层：顶层和底层丝印层、阻焊层和助焊层，禁止布线层、多层、连接层、DRC错误层、栅格层和孔层v电路板设计的环境设置定义PCB工作板层v设置电路板层：执行菜单design-layer stack manager,图中给出两个工作层，（顶层和底层），对于多面板，则需添加板层（自学）v板层显示和颜色设置：执行菜单design-board layers&colors，可以按自己的喜好设置颜色。v注：这里特别注意对于一般的单层板和双层板来说，顶层（top layer）、底层(bottom layer)、丝印层(top or bottom overlay)、DRC检查错误标志层
6、(DRC error marker)的颜色要特别注意。电路板设计的环境设置执行design-board options，可进行以下设置：v度量单位(measurement unit)：imperial:英制 metric:公制v捕获栅格(snap grid)：光标每次移动的最小距离，一般为100mil的平均分数，可设20milv可见栅格(visible grid)：marker为栅格类型，grid1可设20mil，grid2可设1000milv电气栅格(electrical grid)：自动搜索电气节点的范围，一般采用默认值。v图纸属性(sheet position)：一般采用默认值调入网络表
7、v打开与PCB文档对应的原理图文档v执行design-update pcb*.pcbdoc(这里*.pcbdoc为我们刚建的PCB文档)，或打开我们刚建的PCB文档，执行design-import changes from*.prjpcb(这里*.prjpcb为工程名)v在弹出的设计项目修改对话框中单击validate changes按钮，如果所有改变有效，check选项出现勾选，说明没有错误，如有错误，则修改原理图，直到没有错误，单击execute changes按钮,完成后Done状态勾选。v单击close，关闭对话框，所有元件和飞线已经出现在PCB文档中。元件的布局v把元件封装放置在印制
8、电路板上的过程称为元件布局。v自动布局（不太常用）：执行tools-auto placement-auto placer(其选项可参考相关书)v手动布局（常用）手动布局v将元件从元件合（rooms）中人工地布局在印制电路板上，方法与原理图中移动元件类似，在移动过程中，飞线不会断开。v如有需要，在布局前要打安装孔：执行place-pad,按 tab键编辑属性，hole size项输入孔径：3mm，size and shape中，x-size和y-size项输入孔外径：5mm，shape项选round,在布线结束后，将5mm改回3mm。Designator输入名称，如K，放置到线路板的四角。布局原
9、则v特殊元件的布局：1、高频元件：元件间连线越短越好，易受干扰的元件不能离得太近，输入和输出元件距离应远一些2、具有高电位差的元件：加大距离，避免短路损坏元件。3、重量太大的元件：应有固定支架，又大又重、发热又多的元件不宜放在线路板上，如低度频功放实验中的变压器4、发热与热敏元件：发热元件应远离热敏元件5、可以调节的元件：注意应方便调节，如可调电阻、可调电感、可调电容等6、电路板安装孔和支架孔：应预留，这些孔的周围不能布线。布局原则（续）v按照电路功能布局：1、如无特殊要求，按原理图元件安排布局，信号从左边入，右边出，从上边入，下边出。2、以每个功能电路为核心，围绕核心布局，元件安排均匀、整齐
10、。3、数字电路和模拟电路应分开布局布局原则（续）v元件离电路板边缘的距离：所有元件应放置在离板边缘3mm以内。v元件放置顺序：首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关、连接插件。再放特殊元件，如发热元件、变压器、集成电路等 最后放小元件，如电阻、电容、二极管等元件的布局v移动元件：直接选中元件拖动到合适的地方放置即可，或执行命令Edit-Move-Component（可用快捷键M，C实现），单击鼠标左键，选择要放置的元件，然后放置在合适的位置。v遵守布局规则，进行合理布局。v元件对齐：选中要对齐的元件，执行tools-interactive placement,然后选择
11、相应的对齐命令即可使所选元件对齐。v移动到栅格：选中所有的元件，执行tools-interactive placement-move component to grid 设计规则设置v意义：在线路板设计过程中执行任何一个操作，都是在设计规则允许的情况下进行的，因此，设计规则是否合理将直接影响布线的选题和成功率。v规则分类：10个类别，包括电气、布线、制造、放置信号完整性要求等，多数采用默认的设置。以电源板为例的单面板设计规则v执行Design-Rules，启动PCB规则和约束编辑(PCB Rules and Constraints Editor)对话框，进行规则设置。v在左边显示的规则类别中，
12、选中其中任何一个，单击鼠标右键，可添加设置约束。v布线约束：布线约束（线宽）v最小线宽不小于0.2mm(约为8mil),如果板面积足够大，最小线宽和绝缘间距选择0.3mm(约为12mil)。v一般情况下，1-1.5mm（约为40-60mil）的线宽，允许流过2A的电流。地线和电源线最好选用大于1mm（40mil）的线宽。布线约束（拐角及绝缘间距）v铜膜线应尽可能的短，在高频电路中更是如此。拐角应为圆角或斜角，避免直角或尖角，双面板布线时，两面导线应相互垂直、斜交，避免相互平行，以减少寄生电容。v相邻铜膜线间的间距应该满足电气安全要求，为便于生产，应越宽越好，最小间距至少能承受所加电压的峰值。在
13、布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。单面布线设置v电气(electrical)：绝缘间距(clearance)，短路约束(short-circuit)：一般可选默认值。v布线：布线层(Routing Layers)，宽度(Width)，网络拓朴(Routing Topology)，优先级(Routing Priority)，布线拐角(Routing Corners)，过孔类型(Routing via style)v其它可选默认值：如SMT,Mask,Testpoint,Manufacturing,High Speed,Placement,Signal Integrityv采用默认值的选项含
14、义见书上解释。布线层(Routing Layers)和布线拐角(Routing Corners)v对于单面板，顶层只放置元件不布线，底层为布线层。因此，在constractions中，选中Bottom Layer,将Top layer项的勾选去掉，其它不改。vStyle项设置导线转角方式，一般选45度角。宽度(Width)v单击左侧的width，则右边显示整个板子的宽度约束，如需要增加约束条件，则在左侧选中width，单击右键，在弹出的菜单中选new rule,则新建一个约束，名为width_1，可在右侧name项改名，设置约束，选择相应的对象，设置最小、最大及参考宽度。v一般电源线、地线较宽
15、，其它信号线较窄。根据电流大小设置线宽。印制电路板的布线v目的：放置导线（interactive routing）和过孔(via)将印制电路板上元件封装的焊盘连接起来v方式：1、手工布线 2、自动布线v一般好的设计要手动布线。要求不高场合可用自动布线后再手工修改布线的方法。自动布线v自动布线规则设置：在自动布线前要先设置好布线规则和自动布线策略，执行菜单auto route-setup，可进行相应设置，一般布线策略可用默认值，布线规则可在设计规则中设置，前已说明。v自动布线的实现：执行菜单auto route命令，然后选择自动布线的范围：All:整个线路板的布线。Net:对指定的网络进行布线。
16、Connection:对指定的焊盘进行焊点对焊点布线。Component:对指定的元件进行布线。Area:对指定的区域进行布线。Room:对指定的范围进行布线。Stop:使正在布线的电路板停止布线。Reset:对已布线过的电路板采取重新布线。Pause:对正在布线的电路板暂停布线。Restart:对使用过pause命令之后再恢复布线。手动布线v对自动布线后的不合理布线进行调整。v执行place-interactive routing(单击鼠标右键，在弹出的菜单中选interactive routing),将光标移到连线的起始位置单击来确定导线的起始位置，移动光标，来自起点的实线表示要放置的导线
17、，连在光标上的空心线称为先行段导线，可以绕开障碍物，在确定的地方单击鼠标左键确定导线拐点，在放置导线过程中，如需改变方向，可按空格键。更新设计项目v在线路板设计过程中，如对SCH或PCB中的某一个元件进行修改，需要反映到另一个文件中，则可用更新设计项目来实现。v由PCB更新SCH：在PCB窗口中，执行design-update schematic in*.prjpcb,启动更改对话框，单击validate changes,检查改变是否有效，如有效则status栏中的check列出现对号，否则出现错误符号。单击execute changes将有效的修改发送到SCH，完成后Done列出现对号，单击
18、close关闭对话框。v由SCH更新PCB：在SCH窗口中，执行design-update PCB *.Pcbdoc,其它操作同上。验证设计项目v执行tools-design rule check，启动DRC检查对话框，勾选需要检查的项（对应的online项打勾），单击run design rule check按钮，运行DRC，检查结果显示在信息面板中。如有违反规则的信息，同时在设计的PCB板中以绿色（如采用默认值）标记出违反规则的位置。查看并修改设置规则或布线，直到不违反规则为止。其它后续处理v放置屏蔽导线v补泪滴v放置敷铜（铺地）放置屏蔽导线v为防止干扰，常用接地线将某一条导线或网络，利用
19、接地线将它包住，称为屏蔽或包地v选择网络：执行edit-select-net,将光标放在要包地的网络上，单击鼠标左键，选中网络v放置屏蔽导线：执行tools-outline selected objects,被选中的网络即可被地线包住。v删除屏蔽导线：执行edit-select-connected copper,将光标放置在要删除的屏蔽线上，单击鼠标左键，选中要删除的屏蔽线，然后按delete键即可补泪滴v在导线与焊盘或导孔的连接处有一段过渡，过渡的地方形成泪滴状，称为补泪滴，它的作用是在钻孔时，避免在导线与焊盘的接触点处出现应力集中而使接触处断裂。v执行tools-teardrops，启动补
20、泪滴对话框，general区域选择补泪滴的区域，action区域选择是添加还是删除泪滴，teardrop style区域选择泪滴形状。设置好后，单击ok进行操作。放置敷铜（铺地）v敷铜是将电路板空白的地方铺满铜膜，提高电路板抗干扰能力，通常将铜膜接地，也称铺地。v执行place-polygon plane命令，弹出对话框，surround pads with选择敷铜与焊点间的环绕方式，properties中，设置敷铜所在的板层及敷铜线的最小限制，net options中设置敷铜所连接的网络，一般连接到地网络上。v设置完毕后，单击ok，光标变成十字形，进入敷铜放置状态，移动鼠标到合适位置，单击鼠
21、标左键，确定敷铜的第一个端点位置，依次移动鼠标到合适位置，单击鼠标左键，确定敷铜的各个端点位置，确定的各个端点之间的线段组成了封闭的敷铜区域。单击鼠标右键完成敷铜的放置。v敷铜的删除：选中要删除的敷铜，按delete键删除。双面板的设计v新建PCB文档（同单面板）v电路板设计的规划和环境设置（同单面板）v调入网络表（同单面板）v元件的布局（同单面板）v设计规则设置（基本上同单面板）v印制电路板的布线（同单面板）v更新设计项目（同单面板）v验证设计项目（同单面板）v其它后续处理（同单面板）设计规则设置v执行Design-Rules，启动PCB规则和约束编辑(PCB Rules and Constraints Editor)对话框，进行规则设置。v对于双面板，顶层放置元件，顶层和底层均为布线层，但布线方向应垂直，可采用默认值，如顶层为horizontal(水平方向)，底层为vertical(垂直方向)。其它不改。v注：这一项在routing layers约束中修改
