PCB图设计.docx
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PCB图设计
Protel99SE工具软件—PCB图设计讲解
印制电路板简称为PCB（PrintedCircuitBoard），又称印制版，是电子产品的重要部件之一。
电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。
一、PCB基础知识
（一）PCB印制电路板类型
1、单面板：
单面板的一面有敷铜，另一面没有敷铜。
只能在有敷铜的一面布设导线。
2、双面板：
两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。
双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板
3、多层板：
多层板一般指3层以上的电路板。
它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。
随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。
但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。
（二）计量单位的设置
Protel99SE提供Metric（公制）和Imperial（英制）两种计量单位，系统默认为英制。
英制的默认单位为mil（毫英寸）；公制的默认单位为mm（毫米）；
1mil=0.0254mm、10mil=0.254mm、100mil=2.54mm。
（三）元件封装
元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。
不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。
1．元件封装的分类
（1）针脚式元件封装。
元件的引脚是一根导线，安装元件时该导线必须通过焊盘穿过电路板焊接固定。
焊盘必须钻一个能够穿过引脚的孔（从顶层钻通到底层）。
“Layer”板层属性必须为“MultiLayer”（多层）。
（2）表面粘着式元件封装（SMD）。
直接把元件贴在电路板表面上，靠粘贴固定，不需要钻孔，因此成本较低、元件体积较小。
2、介绍常用电子元器件实物（常用元器件识别能力）
3、介绍常用元件封装
插入式封装表面贴装式封装
（四）焊盘
焊盘（Pad）的作用是用来放置焊锡、连接导线和焊接元件的管脚。
根据元件封装的类型，焊盘也分为针脚式和表面粘贴式两种，其中针脚式焊盘必须钻孔，而表面粘贴式无需钻孔。
（1）形状：
通常为圆形。
。
）
（2）灵活掌握焊盘形状：
对于IC器件，可以将圆形焊盘改为长圆形，以增大焊盘间的距离便于走线。
（3）可靠性：
焊盘间距要足够大，通常≥0.2mm，如间距过小，可以改变焊盘的形状以得到足够的焊盘间距。
焊盘的作用：
是放置焊锡、连接导线和元件引脚。
选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。
（五）过孔
对于双层板和多层板，各信号层之间是绝缘的，需在各信号层有连接关系的导线的交汇处钻上一个孔，并在钻孔后的基材壁上淀积金属（也称电镀）以实现不同导电层之间的电气连接，这种孔称为过孔（Via）。
过孔是指为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交汇处钻的一个公共孔。
工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通。
在Protel99SE中可以将过孔设置成各种大小，如图所示。
过孔的作用是连接不同板层的导线。
过孔有3种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐蔽过孔。
（盲孔、埋孔、通孔）
（六）导线和飞线
导线也称作铜膜导线，就是电路板上的敷铜经过蚀刻处理而形成的一定宽度和形状的导线，用来实现电路板上元器件引脚之间的电气连接。
飞线是指在PCB设计时，装入网络表而未布线前的预拉线。
飞线是用来表示各个焊盘的电气连接关系的线，并不是物理上的具有电气连接关系的导线。
飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。
它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。
导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。
二、PCB图设计操作步骤
1、绘制原理图及生成网络表（此步骤上节课已经完成了）
2、启动PCB编辑器
3、规划电路板
在设计印制电路板前，首先要在PCB编辑器中规划好电路板，也即设置印制电路板的物理边界和电气边界。
物理边界是指一块印制电路板的实际物理尺寸，而电气边界是指在印制电路板上可以布线和放置元器件的区域，所以电气边界的尺寸一定要小于物理边界。
印制电路板的物理边界和电气边界是两个不同的概念，在实际工作中，一般把印制电路板的物理边界和电气边界设置为相同的大小，只有设置了电气边界才能进行自动布局和自动布线的工作。
4、调入封装库
D:
\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprints\advpcb.lib
电阻、电容、二极管、三极管、串并口、熔丝（FUSE）、电位器
D:
\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprints\GeneralIC.ddb
DIP系列、CFP系列
D:
\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprints\InternationalRectifiers.ddb
整流桥：
D-37D-37RD-38D-44D-46
5、装入网络表
6、设置布线规则及其参数
PCB布线规则说明，单面板，全局布线宽度10mil，最小安全距离10mil，电源线VCC30mil，GND30mil，不作覆铜要求。
（1）导线应尽可能少、短、不交叉。
（2）导线宽度通常由载流量和可制造性决定，一般要求PCB设计的导线宽度≥0.2mm，由于制作工艺的限制，设计时导线不易过细。
（3）布线时，遇到折线要走45°。
（4）导线间距，一般≥0.2mm
（5）电源线和地线尽量粗。
与其它布线要有明显区别。
（6）对于双面板，正反面的走线不要平行，应垂直布设。
安全间距（Clearance）:
避免导线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造成相互干扰，在他们之间留出一定的间距，称为安全间距。
7、布置元件
（1）布局要求
①要保证电路功能和性能指标的实现。
②满足工艺性，检测、维修方面的要求。
工艺性是指元器件排列顺序、方向、引线间距等，在批量生产和采用自动插装机时尤为突出。
对于检测和维修方面的要求，主要是考虑检测时信号的注入或测试，以及有关元器件替换等。
③适当兼顾美观性，如元器件排列整齐，疏密得当等。
（2）布局规则
①就近原则：
元器件的摆放应根据电路图就近安放。
②信号流原则：
按信号流向布放元件，避免输入、输出，高低电平部分交叉、成环。
③散热原则：
有利于发热元件的散热。
④合理布置电源滤波/去耦电容：
电源滤波电容应接在电源的入口处。
为了防止电磁干扰，一般在集成电路的电源端要加去耦电容，尤其多片数字电路IC更不可少。
这些电容必须加在靠近IC电源处且与IC地线连接。
8、自动布线和手工调整
当铜膜导线进入焊盘或过孔时，在走线与圆圈接触的地方，逐渐增大线径，以加强焊盘或过孔与走线的连接的形状像水滴或泪滴的部分称为补泪滴。
通过补泪滴可以提高网络连接的可靠性。
（1）布线规则
①各类信号走线不能形成环路。
②引脚间走线越短越好。
③需要转折时，不要使用直角，可用45度或圆弧转折，这样不仅可以提高铜箔的固着强度，在高频电路中也可减少高频信号对外的发射和相互之间的耦合。
在绘制导线过程中，可以用Shift+空格键来切换导线的模式。
④尽量避免信号线近距离平行走线。
若无法避免平行分布，可在平行信号线的反面布置大面积的“地”来大幅度减少干扰。
在相邻的两个工作层，走线的方向必须相互垂直。
⑤对于高频电路可对整个板进行“铺铜”操作，以提高抗干扰能力。
⑥在布线过程中，应尽量减少过孔，尤其是在高频电路中。
因为过孔容易产生分布电容。
（2）接地线布线规则
①印刷电路板内接地的基本原则是低频电路需一点接地。
②高频电路应就近接地，而且要用大面积接地方法。
③在板面允许的情况下，接地线应尽可能宽。
④接地线不能形成环路。
（3）补泪滴操作
为了增强电路板的铜膜导线与焊盘（或过孔）连接的牢固性，避免因钻孔而导致断线，需要将导线与焊盘（或过孔）连接处的导线宽度逐渐加宽，形状就象一个泪滴，这样的操作称为补泪滴。
9、DRC检查
10、保存及打印输出
11、生成元件报表
元件报表就是一个电路板或一个项目所用元件的清单。
12、打印电路板图
上课演示电路
在桌面上选择
图标打开进入到软件界面上，新建“快速电路.ddb”。
1、原理图（快速电路.Sch）
LibRef
元件名
FootPrint
元件封装
Designator
元件标识
PartType
元件值
快速电路.Sch
1
RES2
AXIAL0.4
R1
100KΩ
2
RES2
AXIAL0.4
R2
4.7KΩ
3
CAP
RAD0.1
C1
0.01uf
4
CAP
RAD0.1
C2
0.01uf
5
JFET-N
TO-92A
Q1
JFET-N
6
UA555
DIP8
U1
UA555
2、PCB图（快速电路.Pcb）
学生练习1
1、原理图（时钟.sch）
LibRef
元件名
FootPrint
元件封装
Designator
元件标识
PartType
元件值
快速电路.Sch
1
XTAL2
XTAL1
Y1
11.0592MHz
2
CAP
RAD0.4
C1
0.1uf
3
SW-DIP8
DIP16
S1
SW-DIP8
4
RES2
AXIAL0.4
R1
470
5
RES2
AXIAL0.4
R2
470
6
74LS04
DIP14
U1D
74LS04
7
74LS04
DIP14
U1E
74LS04
8
74LS04
DIP14
U1F
74LS04
9
4040
DIP16
U2
4040
备注：
需要添加的元件库：
1、MiscellaneousDevices.ddb
2、ProtelDOSSchematicLibraries.ddb
3、HP-Eesof.ddb
2、PCB图（时钟.pcb）
备注:
对于集成电路，在一个芯片上往往有多个相同的单元电路。
如非门电路74LS04，它有14个引脚，在一个芯片上包含六个非门，这六个非门元件名一样，只是引脚号不同。
定义子元件序号，如与门电路的第一个逻辑门为1，第二个为2，等
学生练习2
学生练习3
学生练习4
学生练习5
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