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第五讲Protel99se——PCB基础知识湖南信息职业技术学院——电子CAD设计课程组国家级精品课程——电子CAD课件学习目标：印制电路板的结构和分类等基本概念元件布局和布线的基本原则手动和自动设计印制电路板的工作流程教学重点：PCB元件布局和布线的基本原则国家级精品课程——电子CAD课件教学内容5.1印刷电路板的基本概念5.2印刷电路板的专用名词5.3PCB布局、布线基本原则5.4印刷电路板设计的一般流程国家级精品课程——电子CAD课件5.1印刷电路板的基本概念印制电路板：即PCB板，是由绝缘基板和附在其上的印制导电图形（焊盘、过孔、铜膜导线）以及说明性文字（元件轮廓、型号、参数）等构成。印制板按结构划分为单面板、双面板、多层板三种。多层板又可以按层数分为三层、四层、六层板等。单面板：一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，它只可在敷铜的一面布线，另一面放置元件。结构如图1所示。双面板：包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）两层，两面都有敷铜，均可布线。结构如图1所示。多层板：是包含了多个工作层面的电路板。除了顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源/接地层等。多层电路板包括三层或三层以上，如四层板、六层板等。结构如图2所示。国家级精品课程——电子CAD课件图1单面板与双面板结构图图2四层板结构图返回国家级精品课程——电子CAD课件5.2印刷电路板的专用名词信号层（SignalLayers）:主要用于放置连接数字或模拟信号的铜膜走线。层电源/接地层（InternalPlane）:主要用于布置电源线及接地线。机械层（MechanicalLayers）：主要用于放置各种指示和说明文字，如电路板尺寸。阻焊层（SolderMask）：Top/BottomSolderMask为顶/底层阻焊层，主要用于丝网漏印版，将不需要焊接的地方涂上阻焊剂。丝印层（Silksreen）:用于印刷标识元件的名称、参数和形状。有Top/BottomOverlay顶/底层丝印层穿透层(MultiLayer)：用于放置所有穿透式焊盘和过孔。禁止布线层(KeepOut)：用于设置布线范围和电路板尺寸。安全间距(Clearance)是铜线与铜线、铜线与焊盘、焊盘与焊盘、焊盘与过孔之间的最小距离。国家级精品课程——电子CAD课件元件封装：元件封装的定义规则为元件类型+焊点距离+元件外形。针脚式元件封装：元件引脚带有针脚形状，在焊接时必须把元件引脚插入焊点导通孔，加上焊锡，通过焊接连接引脚和焊盘。因为针脚式元件的引脚贯穿整个电路板的各个板层，所以在焊点属性设置中，Layer板层属性必须设置位MultiLayer。表面贴片式元件：元件引脚用焊锡粘贴在印制电路板表面板层，因为表面贴片式元件的引脚仅仅作用于电路板单一层面，所以在板层属性设置中，Layer必须指定电路板板层（TopLayer或BottomLayer）。导线：电路板上布置的导线都是铜质的，称为铜膜导线或简称为导线，用于传递各种电流信号。飞线：飞线是虚线，它指示元件焊点之间的连接关系，导线实现飞线的意图。焊盘：焊盘的主要作用是通过引脚来固定元件，每一焊盘对一个引脚，在焊盘部位放置引脚和融化的焊锡，冷却后焊锡凝固从而将元件牢牢固定住。过孔：过孔在多层电路板设计中，它用于连接不同板层间的导线。返回国家级精品课程——电子CAD课件5.3PCB布局、布线基本原则一、元件布局基本规则元件布局的基本过程如下：先规划电路板的尺寸，在确定特殊元件的位置后，根据电路的流程安排各功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。在放置功能单元电路的元件时，一般以其核心元件为中心，围绕它布局，元器件应整齐、均匀、紧凑地排列在PCB板上。根据元器件间的连线关系，要适当调整元件的位置，如旋转元件、左右或上下移动元件，使元件之间的连线尽量短些。元件的布局就像下棋的布局，直接关系到电路板设计的成败。应当从机械结构、散热、电磁干扰、以后布线的方便性等多方面综合考虑。国家级精品课程——电子CAD课件1．机械方面（1）确定PCB板尺寸、大小。最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3。实践中也有各种异形板，如环形的操作板，这就要根据实际情况来定。当电路板尺寸大于200×150mm时，应适当增加厚度，或在电路板中增加支撑定位孔。（2）先安排特殊器件，如外部接插件、显示器件，其定位要考虑和其他机械部件的配合。（3）重量超过15g的元器件应当用支架固定，又大又重的元件不宜直接安放到电路板上。（4）电位器、可调电感、线圈、可变电容器等可调元件，布局时应考虑整机结构。如在机内调节，应放在印制板方便调节的地方；如在机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱上的位置相适应。（5）应当留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。（6）位于电路板边缘的器件，离电路板边缘的距离一般不小于2mm。（7）定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件；国家级精品课程——电子CAD课件2．散热方面（1）发热元器件应放在印制电路板易于散热的地方，如板子边缘、通风处。竖放的板子，发热元件应放到板子上部，双面板的底层不得放置发热元件。（2）发热量较大的元件，不宜放在印制板上。（3）怕热元件如电解电容、晶振、锗管等，要与发热元件隔开一段距离。（4）发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；国家级精品课程——电子CAD课件3．电磁干扰（1）集成电路的去藕电容要尽量就近安放，一般工作频率在10Mhz以下的用0.1uF电容，10Mhz以上的用0.01uF的电容。（2）某些元件或导线间有较高的电位差，应加大距离，以免放电。带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（3）易互相干扰的元器件不能靠得太近，输入输出元器件应尽可能远离，避免反馈干扰。（4）高频元器件为减小分布参数，一般就近安放（不规则排列），一般电路（低频电路）应因规则排列，便于装焊。国家级精品课程——电子CAD课件4．其它方面（1）按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；（2）卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路；（3）电源插座要尽量布置在印制板的四周。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔；（4）所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确；（5）板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)；（6）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过；（7）贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致；（8）有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。国家级精品课程——电子CAD课件二、元件布线规则（1）画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线；（2）一般将公共地线布置在印制板的边缘，便于与机架（地）相连接。导线与印制板的边缘应留有一定距离。（3）多级电路为防止局部电流而产生地阻抗干扰，各级电路应在一点接地（或尽量集中接地），高频电路（30MHz以上）常采用大面积接地，这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地。（4）易受干扰器件和线路可用地线包围。（5）电路中数字地和模拟地要分开，然后在一点接地，以防形成地回路。（6）电源线和地线靠近点，尽量减小围出的面积，以降低电磁干扰。（7）注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线（8）导线间避免近距离平行走长线，这样寄生耦合较大。双面印制线避免平行，最好垂直或斜交。（9）输入输出线最好远离，中间可用地线隔开。国家级精品课程——电子CAD课件（10）导线应走平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，应用圆弧或折线过渡。（11）数字回路和模拟回路要分开，避免高频和低频信号的干扰。（12）载流大的导线应宽些，印制板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许载流1安培。一般导线宽度在0.3mm～2.0mm之间。电源线一般取0.5～1.0mm（20mil～40mil）,地线一般取1.0mm(40mil)以上。在可能的情况下，导线尽量宽些。（13）不同网络的走线、焊盘、过孔之间要保持一定距离，一般整个板子可设为0.254mm(10mil)，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2～0.22mm，0.1mm以下是绝对禁止的。返回国家级精品课程——电子CAD课件进入PCB编辑环境，初步规划电路板。确定电路板的尺寸，定义电气边界，放置安装定位孔。选择元件面，添加所需要的元件封装库，从中调出所要的元件封装，并放置到刚才定义的电气范围内。手工将元件封装拖放到合适的位置，修改元件标称、参数等说明性符号。根据电路原理图，手工在元件封装的焊盘间连线。适当修改电路板的走线、安装定位孔和边界，确认无误后保存PCB文件。规划电路板手工放置元件、修改属性手动布线添加元件封装库手工布局及确定边界一、手工设计印制电路板手工设计印制电路板指布线等环节由人工完成，一般在设计比较简单的电路时使用。其基本方法如下：5.4印刷电路板设计的一般流程国家级精品课程——电子CAD课件二、自动设计印制电路板自动设计印制电路板指在设计中适当运用计算机的自动布局、自动布线等自动化功能，减轻人的劳动量。一般用在较复杂的印制电路板设计中，大型系统的印制电路板如果完全靠人工设计几乎不可想象，设计者先手工设计某些关键线路，其它的再由计算机来完成。自动设计印制电路板基本方法如下：国家级精品课程——电子CAD课件1.进入SCH编辑环境，输入原理图，并生成网络表文件。2.进入PCB编辑环境，设置好工作环境参数，规划电路板。3.添加所需的元件封装库，选择元件面，利用前面生成的网络表自动调入所有元件的封装。4.手工布局或自动布局后，再适当调整元件位置。5.设置布线规则，确定自动布线时必须遵守的各种电气规范，使计算机自动布线的结果符合要求。6.先手工布设某些线路，或者直接开始计算机自动布线。如果布线结束后，局部线路过密或无法布通，则重新调整元件布局，再布线直到满意为止。7.手工适当调整部分线路，然后根据原理图检查布线结果有无错误，最后保存文件。返回国家级精品课程——电子CAD课件谢谢OVER!