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第7章 PCB设计基础 7．1 印刷电路板基础 印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB) 7．1．1 印制电路板结构 一般来说，印制电路板的结构有单面板、双面板和多层板三种。 1． 单面板 单面板是一种有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，它只可在敷铜的一面布线并放置元件。单面板由于成本低，不用打过孔而被广泛应用。 2．双面板 双面板包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)两层，顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，双面板的双面都是敷铜，都可以布线。 3．多层板 多层板就是包含了多个工作层面的电路板。 7．1．2 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接位置。如RES代表电阻，它的封装形式有AXIAL0．3，AXIAL0．4，AXIAL0．6等等，所以在取用焊接时，不仅要知道元件名称还要知道元件的封装。1．元件封装式的分类 元件封装可以分为针脚式元件封装和STM(表面粘贴式)元件封装。 如图7-1-1所示。 图7-1-1 DIP封装 图7-1-2 常见的STM封装 2．元件封装的编号 元件封装的编号一般为元件类型+焊点距离(焊点数)+外形尺寸。 注意：Protel可以使用两种单位，即英制和公制。英制的单位为inch(英寸)，在Protel 中一般使用的mil，即微英寸。公制单位一般为mm(毫米)。英制和公制单位的换算关系为：1 inch=25．4 mm，1 mil≈0．0254 mm≈1／40mm 。 7．1．3铜膜导线 铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊点，是印制电路板最重要的部分。 与导线有关的另外一种线，我们常称之为飞线，即预拉线，飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。 飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。 7．1．4焊点和导孔 1．焊点 焊点(pad)的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。 2．导孔 7．1．5助焊膜和阻焊膜 各类膜(Mask)不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊接的必要条件。 6．层 Protel的“层”不是虚拟的，而是印制板材料本身实实在在的铜箔层。 注意：在Protel中，一旦选定了所用印制板的层数，必须关闭未被使用的“层”，以免布线错误。 7．丝印层 在设计丝印层时，不能只注意布置的美观而忽略实际制作的PCB效果。要注意，字符不能被元件盖住，不能侵入助焊区(在制作PCB板时会被抹掉)，不能将元件标号打到别的元件上去等等。 7．2 印刷电路板布线流程 印制电路板设计的流程如下所示。 7．2．1绘制电路图 这是电路板设计的先期工作，主要是完成电路原理图的绘制，包括生成网络表。当然有时候我们也可以不进行原理图的绘制，而直接进入PCB设计系统。 7．2．2规划电路板 在绘制印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划是确定电路板设计的框架。 7．2．3设置参数 参数的设置是电路板设计的非常重要的步骤。有些参数在使用过Protel 99 SE以后，即第一次设置后，以后几乎无须修改。 7．2．4装入网络表及元件封装 只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。 7．2．5元件的布局 元件的布局可以让Protel 99 SE自动布局。规划好电路板并装人网络表后，用户可以让程序自动装入元件，并自动将元件布置在电路板边框内。Protel 99 SE也可以让用户手工布局。元件的布局合理，才能进行下一步的布线工作。 7．2．6自动布线 Protel 99 SE采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的成功率几乎是1 00％。 7．2．7手工调整 到目前为止，还没有一种自动布线软件能够完美到不用手工调整的地步。自动布线结束后，往往存在令人不满意的地方，需要手工调整。 7．2．8文件保存及输出 完成电路板的布线后，保存完成的电路线路图文件。然后利用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。 |
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7．3 进入PCB编辑器 进入PCB设计系统，实际就是启动Protel 99 SE的PCB设计服务器。前面介绍过启动原理图设计服务器的步骤，启动PCB设计服务器与之类似。 图 7-3-1新建PCB 文件对话框 7．4．1界面放大 设计者在进行线路图的设计过程中，往往需要对工作画面进行放大显示，以方便设计者编辑、调整等。界面的放大可以采用菜单“View”的有关命令，快捷键或工具栏上的按钮来实现。菜单“View”如图7-4-1所示。 1．工作界面的放大方法： 2．工作界面的中心放大方法为： 7．4．2画面的缩小 设计者在设计较大版面的线路时，往往需要观察整个线路板的布局，此时就要利用Prote1 99 SE提供的画面缩小功能。 7．4．3将屏幕缩放显示整个电路板及更新画面 Protel 99 SE提供了这样一个显示功能，他可将屏幕缩放到显示整个电路板，以便设计者能够方便、快捷地查找路线。执行该功能的方法是执行菜单命令View／Fit Board。 7．4．4 窗口管理 Protel 99 SE是真正意义上的Windows风格，它的各部分窗口可以最大化，也可以最小化，还可以实现打开多个窗口进行操作，下面我们谈一下Protel 99 SE的操作。 1． 窗口平铺显示 标签上显示图标的窗口为当前的窗口，如图7-4-3的PCBl窗口，屏幕中各种命令，各种操作均是针对该活动窗口的，用户可以对该窗口进行各种操作、编辑。如果要对另一个窗口进行操作，用户只需要移动光标到该窗口内单击，该窗口即被激活为活动窗口。 2．窗口的分割显示 当在编辑某一个窗口，需要观察其他窗口时，可以在当前工作窗口垂直或水平或方向采用分割显示，执行图7-4-2所示的命令Split Vertical或Split Horizontal。 图7-4-3 平铺的窗口 标签上显示图标的窗口为当前的活动窗口，该窗口是当前可编辑的窗口，所有的命令、菜单均是指该窗口的。如果想要由一个窗口移动到另一个窗口，将光标移到该窗口标签，单击鼠标即可。 3．退出平铺和分割状态只要执行图7-4-2命令Merge All即可。 7．4．5工具栏的打开与关闭 1．主工具栏 Protrel 9 9 SE主工具栏如图7-4-4所示。该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮。 7-4-4 PCB主工具栏 2．放置工具栏(Placement Tools) 放置工具栏的打开与关闭的步骤是通过执行菜单命令View/Toolbars/Placement Tools来实现的，该工具栏如图7-4-5所示。该用户提供了图形绘制和布线命令。 3．元件位置调整工具栏(Component Placement) 4．查找选择集工具栏(Find Selections) 7．5 设置电路板工作层 7．5．1层的类型 在设计印制线路板时，往往会碰到工作层的选择问题。 1． 信号层 Protel 99 SE可以绘制多层板。 2．内层电源／接地层 主要在多层结构中用于布置电源线及接地线。Internal Planel表示内层电源第一层，Plane2表示第二层……以此类推。 3．机械层 系统默认的机械层(Mechanical Layers)为两层。 4．助焊膜和阻焊膜 Protel 99 SE提供的助焊膜和阻焊膜有：Top Solder Mask—顶层助焊膜；Top Paste Mask—顶层阻焊膜；Bottom Solder Mask—底层助焊膜；BottomPaste Mask—底层阻焊膜。 5．丝印层(Silksscreen) 主要用于在印刷板的上下两个表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，主要包括顶层丝印层(Top)、底层丝印层(Bottom)两种。 6．其他工作层 除了上述的工作层之外，Protel 99 SE还提供了以下的其他层(Other) 7．5．2 工作层的设置 在实际工作中，几乎是不可能打开所有的工作层的，用户一般应该根据自己工作的需要将要用到的层打开，而将其他层关闭。 7．5．3设置电路板参数 在图7-5-2的各个选项中可以进行相关参数设置。 1．格点的设置 格点的设置包括移动格点的设置和可视格点的设置。 2．电气栅格设置 电气栅格设置主要用于设置电气格点的属性。 3．Other区域设置 该区域用于设置系统度量单位，系统提供两种度量单位，且Imperial(英制)和Metric(米制)，系统默认为英制。 工作层的选择也可以直接使用鼠标单击如图7-5-3所示的图纸屏幕上的标签。 框中，可以输入所用的元件标号，此外，用户还需要从“Component Type”下拉列表中选择元件类型。
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7．6 设置PCB工作参数 Protel 99 SE提供的PCB工作参数包括Option(特殊功能)、Display(显示状态)、Color(工作层面颜色)、Show／Hide(显示／隐藏)、Default(默认参数)、Signal Integrity(信号完整性)共6部分。根据实际需要和自己的喜好来设置这些工作参数，可建立一个自己喜欢的工作环境。 7．6．1 Options选项卡的设置 单击Options标签即可进入Options选项卡，如图7-6-1所示。Options选项卡用于设置一些特殊的功能。它包含Editing区、Autopan区域、PCB区域、Display区域、Undo／Redo区域、Draw Other区域。 1．Editing区域 Editing区域用于设置编辑操作时的一些特征。 2．Other区域 用于设置其他的显示项目。 3．Component Drag选择项 有两个选择，即Component Tracks和None。 5．Polygon Repour区域 用于设置交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。如果Polygon Repour中选择为“Always”，则可以在已经敷铜的PCB中修改走线，敷铜会自动重铺。 6．Interactive Routing区域 用于设置交互布线模式。 1．屏幕显示设置(Display Option) 2．PCB板显示设置(Show) 3．显示模式(Draft thresholds)区域 用于设置显示图形显示极限。 4．Layer Drawing Order按钮 选中一个板层，点击对话框中的Promote按钮，该板层被上移一层；点击对话框中的Demote按钮，该板层被下移一层；点击对话框中的Default按钮，该板层被设置为系统默认顺序。 7．6．3 Colors选项卡的设置 设置板层颜色时，点击板层右边的颜色块，即可打开颜色选项对话框。板层颜色设置对话框中有一个Default按钮。点击该按钮，板层颜色被恢复成系统默认的颜色。另外，点击Classic按钮，系统会将板层颜色指定为传统的颜色，即DOS中采用的黑底设计界面。 7．6．4 Show／Hide选项卡的设置 点击Show／Hide标签即可进人Show／Hide选项卡，如图7-6-6所示。 对话框中每一项，都有相同的3种显示模式，即Final(精细)显示模式，Draft(简易)显示模式和Hidden(不显示)模式。 7．6．5 Defaults选项卡的设置 点击Defaults标签即可进入Defaults选项卡。 7．6．6 Signal Integrity(信号完整性)选项卡 单击“Add”按钮，系统将弹出元件标号设置对话框，在该对话
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