毕业设计论文PCB电路板的设计与仿真.docx
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毕业设计论文PCB电路板的设计与仿真
毕业设计（论文）-PCB电路板的设计与仿真
大庆石油学院应用技术学院毕业论文
摘要
PCB设计是使用电脑设计原理图和电路板图，把电子技术从从理论应用到实际的第一步，在学习了模拟和数字之后，首先应该学的就是画电路原理图和电路板。
只有会设计电路原理图和电路板图才能进行电子产品的研究与开发。
本文首先介绍了PCB设计的目的和意义，在现代社会中电子产品涉及到了各个领域，而电子产品是在电路板设计的基础上完成的，我们首先就要从PCB电路板的设计上着手。
PCB设计首先选用的软件是ProtelTechnology公司推出的Protel99SE软件，此软件的开发基于Windows环境下是一个全32位的电路板设计软件。
该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，是业内人士首选的的电路板设计工具，此软件几乎每个菜单命令都能得到了解详细介绍，本文还选取看了大量的原理图设计和电路版图设计和电路仿真方面的练习，通过这些练习，我很快就学会该软件的应用，还有本文还给出了电路板设计的原则。
本文主要是介绍Protel99SE软件的应用，主要内容包括原理图设计环境、用工具画原理图、画元件图、原理图画图练习、电路板画图环境、人工画电路板、画元件封装图、自动布线画电路板、电路仿真等等，本文都将会详细介绍。
关键词:
PCB;原理图;电路板;Protel99SE;仿真
I
大庆石油学院应用技术学院毕业论文
摘要...........................................................I
第一章PCB设计的目的和意义...................................1
1.1PCB设计的目的.....................................................................................................1
1.1.1PCB发展简史
1.1.2PCB简介....................................................................................................1
1.1.3PCB发展的目的..........................................................................................2
1.2PCB发展的意义.....................................................................................................2
1.2.1PCB发展的状况..........................................................................................2
1.2.3PCB发展的意义..........................................................................................3
1.3PCB发展的趋势.....................................................................................................3第二章Protel99SE简介和应用..................................5
2.1Protel99SE简介......................................................................................................5
2.1.1Protel99SE系统组成...................................................................................5
2.1.2Protel99SE功能...........................................................................................5
2.2Protel99SE应用......................................................................................................6
2.2.1Protel99SE软件介绍....................................................................................6
2.2.2Protel99SE软件应用...................................................................................6
2.2.3PCB设计的流程..........................................................................................8
2.2.4PCB设计实例............................................................................................10
第三章我的设计...............................................16
3.1设计内容...............................................................................................................16
3.1.1设计简介....................................................................................................16
3.1.2甲乙类放大电路的原理图........................................................................16
3.1.3电路板设计................................................................................................18
3.2电路板的设计导向...............................................................................................20
3.2.1电路板的选用............................................................................................20
3.2.2电路板的尺寸和布局................................................................................21
3.2.3布线和焊盘................................................................................................21
第四章总结...................................................22
II
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参考文献......................................................23致谢..........................................................24
III
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第一章PCB设计的目的和意义
1.1PCB设计的目的
1.1.1PCB发展简史
PCB（PrintedCircuitBoard）,中文名称为印制线路板，简称印制板，印制电路板的发明者是奥地利人保罗?
爱斯勒（PaulEisler），他于1936年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。
1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。
1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。
自20世纪50年代中期起，印刷电路版技术才开始被广泛采用。
在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。
而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在;印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。
印制电路基本概念在本世纪初已有人在专利中提出过,1947年美国航空局和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会,当时列出了26种不同的印制电路制造方法.并归纳为六类:
涂料法、喷涂法、化学沉积法、真空蒸发法、模压法和粉压法.当时这些方法都未能实现大规模工业化生产,直到五十的年代初期,由于铜箔和层压板的粘合问题得到解决,覆铜层压板性能稳定可靠,并实现了大规模工业化生产,铜箔蚀刻法,成为印制板制造技术的主流,一直发展至今.六十年代,孔金属化双面印制和多层印制板实现了大规模生产,七十年代收于大规模集成电路和电子计算机和迅速发展,八十年代表面安装技术和九十年代多芯片组装技术的迅速发展推动了印制板生产技术的继续进步,一批新材料、新设备、新测试仪器相继涌现.印制电路生产动手术进一步向高密度,细导线,多层,高可靠性、低成本和自动化连续生产的方向发展。
1.1.2PCB简介
PCB板即PrintedCircuitBoard的简写，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。
由于它是采用电子印刷术制作的，简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。
它几乎会出现在每一种电子设备当中。
印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。
印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。
优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。
简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。
根据电路层数分类:
分为单面板、双面板和多层板。
常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。
根据软硬进行分类:
分为普通电路板和柔性电路板。
PCB的原材料:
覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。
它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘。
按产业链上下游来分类，可以分为原材料-覆铜板-印刷电路板-电子产品应用，其关系简单表示为:
玻纤布:
玻纤布是覆铜板的原材料之一，由玻纤纱纺织而成，约占覆铜板成本的40%（厚板）和25%（薄板）。
玻纤纱由硅砂等原料在窑中煅烧成液态，通过极细小的合金
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喷嘴拉成极细玻纤，再将几百根玻纤缠绞成玻纤纱。
窑的建设投资巨大，一般需上亿资金，且一旦点火必须24小时不间断生产，进入退出成本巨大。
玻纤布制造则和织布企业类似，可以通过控制转速来控制产能及品质，且规格比较单一和稳定，自二战以来几乎没有规格上的太大变化。
和CCL不同，玻纤布的价格受供需关系影响最大，最近几年的价格在0.50-1.00美元/米之间波动。
目前台湾和中国内地的产能占到全球的70%左右。
铜箔:
铜箔是占覆铜板成本比重最大的原材料，约占覆铜板成本的30%（厚板）和50%（薄板），因此铜箔的涨价是覆铜板涨价的主要驱动力。
铜箔的价格密切反映于铜的价格变化，但议价能力较弱，近期随着铜价的节节高涨，铜箔厂商处境艰难，不少企业被迫倒闭或被兼并，即使覆铜板厂商接受铜箔价格上涨各铜箔厂商仍然处于普遍亏损状态。
由于价格缺口的出现，2006年一季度极有可能出现又一波涨价行情，从而可能带动CCL价格上涨。
覆铜板:
覆铜板是以环氧树脂等为融合剂将玻纤布和铜箔压合在一起的产物，是PCB的直接原材料，在经过蚀刻、电镀、多层板压合之后制成印刷电路板。
覆铜板行业资金需求量不高，大约为3000-4000万元左右，且可随时停产或转产。
在上下游产业链结构中，CCL的议价能力最强，不但能在玻纤布、铜箔等原材料采购中拥有较强的话语权，而且只要下游需求尚可，就可将成本上涨的压力转嫁下游PCB厂商。
今年三季度，覆铜板开始提价，提价幅度在5-8%左右，主要驱动力是反映铜箔涨价，且下游需求旺盛可以消化CCL厂商转嫁的涨价压力。
全球第二大的覆铜板厂商南亚亦于12月15日提高了产品价格，显示出至少2006年一季度PCB需求形式良好。
1.1.3PCB发展的目的
PCB现在广泛应用于电子工业等各个领域是现代工业发展必不可少的
1.2PCB发展的意义
1.2.1PCB发展的状况
目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美元。
同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业，2003和2004年，全球PCB产值分别是344亿美元和401亿美元，同比增长率分别为5.27%和16.47%。
引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板均获得快速发展，国内PCB产业由小到大逐步发展起来。
2002年，成为第三大PCB产出国。
2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，成为世界第二大PCB产出国。
我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，并预计在2010年左右超过日本，成为全球PCB产值最大和技术发展最活跃的国家。
我国PCB产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间。
首先，我国进入PCB行业较晚，没有专门的
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PCB研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。
其次，从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然FPC、HDI等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。
再次，我国PCB生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内PCB系列企业的发展脚步。
作为用途最广泛的电子元件产品，PCB拥有强大的生命力。
无论从供需关系上看还是从历史周期上判断，2006年初是行业进入景气爬坡的阶段，下游需求的持续强劲已经逐层次拉动了PCB产业链上各厂商的出货情况，形成至少在2006年一季度“淡季不淡”的局面。
将行业评级由“回避”上调到“良好”。
依其应用领域PCB可分为单面板、双面板、四层板以上多层板及软板。
一般而言，电子产品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，PCB所需层数亦越多，如高阶消费性电子、信息及通讯产品等;而软板主要应用于需要弯绕的产品中:
如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等
1.2.3PCB发展的意义
,,是电子工业重要的电子部件之一，几乎每种电子设备,小到电子手表,计算器,大到计算机,通讯电子设备,军用的武器系统,只要有集成电路等电子元器件,为了它们之间电气互连,都要使用印制板.在较大型的电子产品研制过程中,最基本的成功因素是该产品的印制板的设计、文件编制的制造。
,,的设计的制造质量直接影响到整个产品的质量的成本,甚至会导致一家公司的命运。
印制电路在电子设备中有如下功能:
1、供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。
2、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气接或电绝缘.提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。
3、为自动锡焊提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
4、电子设备采用印制板后由于同类印制板的一致性,从而避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动锡焊、自动检测.保证了电子设备的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修。
,,从单面发展到双面、多层和挠性,并仍保持各自的发展趋势.由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展,不断缩小体积，减轻成本，提高性能,使得,,,在未来电子设备的发展过程中,仍然保持强大的生命力。
1.3PCB发展的趋势
2008年，全球PCB产值482亿美元，中国约占全球总产值31%，产值达150亿美元，年增长9.5%，成长率居全球之首。
然而，2009年7月份，北美印刷电路板（PCB）订单出货比（BB值）为1.07，连续个月超过1.0，预计未来几个月市场趋势向好，PCB行业销售收入将会持续环比正增长，增长速度在主要PCB生产地区中排名。
2009年初，在国际市场需求急剧下降全球电子信息产业深度调整形势下，国务院新近出台电子信息产业振兴规划提出要加快电子元器件产品升级，提高新型印刷电路板等产品研发生产能力，初步形成完整配套相互支撑电子元器件产业
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体系，进步提高出口产品竞争力，保持国际市场份额等目标和举措。
同时，政府许诺加大财政投入力度，加快出台和落实财税扶持政策，扩大需求，推进代移动通信网络下代互联网数字电视网络建设，形成6000亿元以上投资规模等。
诸多利好政策，使得PCB产业迎来新轮发展契机。
产业振兴规划交相辉映，部分PCB企业不仅凭借自身内功远离金融危机致命打击，还进入了个快速超常发展“机遇期”。
作为用途最广泛的电子元件产品，PCB拥有强大的生命力。
无论从供需关系上看还是从历史周期上判断，2006年初是行业进入景气爬坡的阶段，下游需求的持续强劲已经逐层次拉动了
6年一季度“淡季不淡”的局面。
将PCB产业链上各厂商的出货情况，形成至少在200
行业评级由“回避”上调到“良好”。
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第二章Protel99SE简介和应用
2.1Protel99SE简介
2.1.1Protel99SE系统组成
电路工程设计部分:
1）电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）:
电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。
本系统的主要功能是:
绘制、修改和编辑电路原理图;更新和修改电路图零件库;查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
（2）印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）:
印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。
本系统的主要功能是:
绘制、修改和编辑电路板;更新和修改零件封装;管理电路板组件。
（3）自动布线系统（AdvancedRoute99）:
本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。
电路仿真与PLD部分
（1）电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）:
电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。
（2）可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）:
可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。
本系统的主要功能是;对逻辑电路进行分析、综合;观察信号的波形。
利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。
（3）高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99）:
信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。
2.1.2Protel99SE功能
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。
开放式集成化的设计管理体系超强功能的、修改与编辑功能。
大的设计自动化功能:
多人都听说过"PCB"这个英文缩写名称。
但是它到底代表什么含义呢,其实很简单，就是印刷电路板（Printedcircuitboard，PCB）。
它几乎会出现在每一种电子设备当中。
如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的PCB上的。
除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。
随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。
裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板PrintedWiringBoard（PWB）"。
板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。
在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，
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留下来的部份就变成网状的细小线路了。
这些线路被作导线（conductorpattern）
或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。
2.2Protel99SE应用
2.2.1Protel99SE软件介绍
Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。
因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。
Protel99SE是Protel公司开发的功能强大的电路辅助设计工具，是专门针对Windows操作系统进行32位代码优化的电子线路设计和仿真软件。
用Protel99SE可以完成一系列混合信号的设计仿真。
该仿真引擎工作直接来自原理图，包括多页电路的设计。
在整个设计过程中，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以修正，从而更好地完成电路设计任务。
因此它为用户提供了功能强大、使用方便的电路仿真器，提供了一种简单的方法来研究电路的性能。
Protel99SE中模拟,混合信号仿真引擎使用了伯克利sPICE3f5,xspice的增强版，由于其对数字元器件、包括TTL和CMOS电路，引入了准确的事件驱动行为模型，因而使我们能够准确地模拟任何模拟和数字组合的元器件，而无需手动插入D,A或A,D转换
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