第5章印制电路板的设计

5.4.1Байду номын сангаас
有关电路板的几个基本概念
铜膜线：简称导线，是敷铜经腐蚀后形成
的用于连接各个焊点的导线。印刷电路板
的设计都是围绕如何布置导线来完成的。
飞线：用来表示连接关系的线。它只表示焊盘
之间有连接关系，是一种形式上的连接，并不具 备实质性的电气连接关系。飞线在手工布线时可 起引导作用，从而方便手工布线。飞线是在引入 网络表后生成的，而飞线所指的焊盘间一旦完成 实质性的电气连接，则飞线自动消失。当同一网 络中，部分电气连接断开导致网络不能完全连通 时，系统就又会自动产生飞线提示电路不通。利 用飞线的这一特点，可以根据电路板中有无飞线 来大致判断电路板是否已完成布线。
5.6 装入网络表与元件
规划好电路板后，接着就是要装入网
络表和元件。网络表和元件是同时装入的。
网络表与元件的装入过程，实际上就是将
原理图设计的数据装入印制电路板的设计
系统PCB的过程。
一、利用设计同步器装入网络表和元件的
具体操作步骤如下。
在原理图编辑器中执行菜单命令 【Design】/【Update PCB】，出现如图517所示的对话框。
8．禁止布线层
（Keep Out
Layer）
禁止布线层用于定义放置元件和布线 区域的。
9．多层（Multi layers）
多层代表信号层，任何放置在多层上 的元件会自动添加到所在信号层上，所以 可以通过多层，将焊盘或穿透式过孔快速 地放置到所有的信号层上。
10．DRC错误层（DRC Errors）
在进行自动布线之前，一项非常
重要的工作就是根据设计要求设定自
动布线的参数。如果参数设置不当， 可能导致自动布线失败。
自动布线的参数包括布线层面、布线
优先级别、布线的宽度、布线的拐角模式、
过孔孔径类型、尺寸等，这些参数设定后，
自动布线就会依据这些参数进行自动布线。
因此，自动布线的成败在很大程度上与参 数的设置有关。
Net页面用于网络分类，Component 页面用于元件分类，From-To页面用于点 到点网络的分类，Pad用于焊盘的分类。 Add：增加新的分类。 Edit：编辑已存在的分类。 Delete：删除已存在的分类。
Select：按指定的分类选择电路板图 中属于该分类的对象。
5.8.2 设置布线规则
5.5 规划电路板
所谓规划电路板，就是根据电路的规 模以及公司或制造商的要求，具体确定所 需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。 电路板规划的原则是在满足公司或制造商 的要求的前提下，尽量美观且便于后面的 布线工作。
首先设定当前的工作层面为【Keep Out Layer】。单击下方的 【KeepOutLayer】标签即可将当前的工 作层面切换到Keep Out Layer层面，如图 5-13所示。在该层面上确定电路板的电气 边界位置。
执行菜单命令【View】/【Toggle Units】 就能实现这两种单位之间的相互转换。也 可以按快捷键 Q 进行转换。转换后工作区 坐标的单位和其他长度信息的单位都会转 换为mm（或mil）。 安全间距：进行印刷电路板的设计时， 为了避免导线、过孔、焊点及元件的相互 干扰，必须使它们之间留出一定的距离， 这个距离称之为安全间距（Clearance）。
进入【Option】选项卡，结果如 图5-8所示。在该选项卡中可对【Grid】 （栅格）、【Electrical Grid】（电气 栅格）、【Measurement】（计量单位）
等选项进行设定。
1．设置信号层和内部电源/接地层
执行菜单命令【Design】/【Layer
Stack Manager】，在屏幕上弹出如图5-9
【Power Nets】：电源网络名称。这里
将网络设定为“VCC”。
【Ground Nets】：接地网络名称。这
里将接地网络设定为“GND”。
【Grid Size】：设置元件自动布局 时格点的间距大小。
5.7.2 元件的手工布局与调整
元件的布局要考虑以下几个方面的问题。
（1）元件布局应便于用户的操作使用。
浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键，
即可进入如图5-3所示的印制电路板编辑器。
5.3 装载元件库
在 浏 览 器 的 组 合 框 中 ， 选 择 库
【Libraries】，如图5-4所示。
用鼠标左键单击【Add/Remove】按
钮，将出现如图5-5所示的关于引入库文件
的对话框。
5.4 设置电路板工作层面
1．设置布线宽度
（Width Constraint）
在前面，已经把网络分成两类：一类 是电源线，另一类是信号线。在这里要把 电源线的布线宽度设置为50mil，而信号线 的布线宽度设置为15mil。
6．丝印层（Silkscreen layers）
丝印层主要用于绘制元件的轮廓、放 置元件的编号或其他文本信息。
7．钻孔层（Drill layer）
钻孔层主要是为制造电路板提供钻孔信息， 该层是自动计算的。Protel 99 SE提供Drill guide和Drill drawing两个钻孔层。
5.8 自 动 布 线
自动布线是指Protel 99 SE程序根据
用户设定的有关布线参数和布线规则，按
照一定的算法，依照网络表所指定的连接
关系，自动在各个元件之间进行连线，从
而完成印刷电路板的布线工作。
5.8.1 网络的分类
执行菜单命令【Design】/【Classes】打开 网络分类窗口，如图5-35所示。
第5章 印制电路板的设计
5.1 印制电路板的设计步骤 5.2 创建PCB图文件 5.3 装载元件库 5.4 设置电路板工作层面 5.5 规划电路板 5.6 装入网络表与元件 5.7 元 件 布 局 5.8 自 动 布 线 5.9 给电路板添加标注 5.10 三 维 视 图 5.11 PCB图的打印输出 5.12 PCB图的报表生成
对话框中选项的定义如下。 【Cluser Placer】： 成组布局方式。 【Statistical Placer】： 统计布局方式。 【Quick Component Placement】： 快速元件布局。
【Group Components】：该选项的功 能是将当前网络中连接密切的元件归为一 组。排列时该组的元件将作为整体考虑， 默认状态为选中。 【Rotate Component】：该选项的功能 是根据当前网络连接与排列的需要使元件 或元件组旋转方向。若未选中该选项则元 件将按原始位置放置。默认状态为选中。
下面介绍各工作层面的功能。
1．信号层（Signal layers）
信号层主要是用来放置元件（顶层和 底层）和导线的。
2．内部电源/接地层
（Internal plane layers）
内部电源/接地层主要用来放置电源 线和地线。
3．机械层（Mechanical layers）
机械层一般用于放置有关制板和装配 方法的信息。
用于显示违反设计规则检查的信息。
11．连接层（Connection）
该层用于显示元件、焊盘和过孔等对 象之间的电气连线。
5.4.3 设置工作层面
设置方法可以执行菜单命令【Design】 /【Option】，出现【Document Option】 对话框，选择其中的【Layers】标签即可 进入工作层面设置对话框，如图5-7所示。
5.1 印制电路板的设计步骤
设计印制电路板的大致步骤可以用下 面的流程图图5-1来表示。
开始
先期准备工作
环境设置
电路板设置
图 5 1 印 制 电 路 板 的 设 计 步 骤
-
引入网络表、修改封装
元件布局
自动布线
手工调整布线
整体编辑
输出打印
结束
5.2 创建PCB图文件
新建一个PCB图文件可以进入设计文
5.7 元 件 布 局
5.7.1 元件的自动布局
Protel 99 SE提供了强大的元件自动 布局的功能，可以通过程序算法自动将元 件分开，放置在规划好的电路板电气范围 内。元件自动布局的实现方法可以执行菜 单命令【Tppls】/【Auto Placement】/ 【Auto Placer…】，出现如图5-27所示的 对话框。
多层板：不但可以在电路板的顶层和底层 布线，还可以在顶层和底层之间设置多个 可以布线的中间工作层面。用多层板可以 设计更加复杂的电路。 长度单位及换算：Protel 99 SE 的PCB编 辑器支持英制（mil）和公制（mm）两种 长度计量单位。它们的换算关系是： 100mils=2.54mm（其中 1000mils=1Inches）。
件夹“【Document】”，执行菜单命令
【File】/【New】或在工作区内单击鼠标
右键，选择【New】选项，会弹出如图5-2
所示的选择文件类型的对话框。
双击该对话框中的【PCB Document】
图标，即可创建一个新的印制板电路图文
件，默认的文件名为“PCB1.PCB”。在工
作窗口中该文件的图标上单击、或在设计
所示的工作层面管理对话框。
2．设置Mechanical layers
执 行 菜 单 命 令 【Design】/【Mechanical Layers】，弹出如图 5-11 所示的机械层设 置对话框，单击【Mechanical】复选框， 可打开机械层，并可设置机械层名称等参 数。 设置完信号层、内部电源/接地层和 机械层后，设置工作层面对话框变为如图 5-12所示。
（2）尽量按照电路的功能布局。
（ 3 ）数字电路部分与模拟电路部分尽 可能分开。 （4）特殊元件的布局要根据不同 元件的特点进行合理布局。 （5）应留出电路板的安装孔和支 架孔以及其他有特殊安装要求的元件的 安装位置等。