Protel99SE电路原理图与电路板设计

ProtelDXP004电路设计技术山东师范大学电子信息科学与技术系第一章概述EDA技术简介EDA（ElectronicDesignAutomation)技术是现代电子工程领域的一门新技术，是利用计算机技术进行电子产品的设计、分析、模拟仿真和辅助制造等工作，最大限度地降低生产成本、节约时间、提高产品可靠性。EDA技术可分为三个层次:初级:PCB板上设计，主要软件Multisim、PSPICE、Protel和orCAD等，中级:VHDL和FPGA半成型芯片设计最高级:单片机、ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit特定用途集成电路)专用芯片设计和SOC为。EDA技术的发展和推广极大地推动了电子工业的发展。因此，掌握EDA技术是电子类高校学生就业的一个基本条件。EDA技术简介Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguageField－ProgrammableGateArray学习电路原理和电路板设计的意义学习了电路分析、模拟和数字电路之后，首先应该学的就是设计电路原理图和电路板图。只有学会使用电脑设计电路原理图和电路板图，才能进行电子产品研究与开发。学习电路原理和电路板设计的意义因此，劳动与社会保障部组织的全国计算机信息高新技术考试把Protel平台定为计算机辅助设计模块之一。学完本课程，并熟练掌握Protel软件，就能参加全国计算机信息高新技术操作员等级考试，获得的合格证书，可在要求计算机操作能力并实行岗位准入控制的相应职业作为上岗证。现代电子产品的研制过程设计思路电脑辅助设计原理图电脑辅助仿真电脑辅助布线雕刻机制作PCB样品焊接电路板硬件电路测试程序送达PCB厂大量生产失败成功印刷电路板（PCB）简介几乎在每一种电子设备当中都有印刷电路板（Printedcircuitboard，PCB）。如果在某种设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB板上。除了固定各种电子零件外，PCB的主要功能是提供板上各种零件的相互电气连接。电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上的线路与零件也越来越密集。电路及PCB设计软件目前比较流行的电路原理图和PCB设计软件有Protel、Orcad、PADSpower、Multisim和Zuken等。其中Protel是国内最早使用和最为流行的一个软件，它是基于Windows环境的优秀印刷电路板设计系统。电路及PCB设计软件原理图设计软件、PCB设计软件、PCB自动布线软件、用于电路仿真的和信号完整性分析学习Protel版本的使用方法：PCB印制板基础知识PCB板本身的基板是由绝缘隔热、不易弯曲的材质制作而成。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腐蚀或雕刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductorpattern）或称为布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。为了将零件固定在PCB板上，我们将它们的接脚直接焊在铜布线上。在PCB单面板上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打孔，这样元器件的接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的。因此，PCB的正反面分别被称为零件面（ComponentSide）与焊接面（SolderSide）。PCB印制板基础知识如果PCB上有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）。插座直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。插座有许多种，下面看到的是ZIF（ZeroInsertionForce，零拨插力式）插座，它可以让零件轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在插进零件后将其固定。PCB印制板基础知识「金手指」边接头（edgeconnector）如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头（edgeconnector）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时，将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）。在计算机中，显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借助金手指来与主机板连接的。阻焊漆（soldermask）丝网印刷面（silkscreen）PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（soldermask）的颜色。阻焊漆是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silkscreen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。单面板（Single-SidedBoards）刚刚提到过，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以就称这种PCB叫作单面板（Singleside）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。双面板（Double-SidedBoards）这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比较复杂的电路上。多层板（Multi-LayerBoards）为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的计算机主机板都是4到8层的结构，不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，也许可以看出来。这是一块六层板的示意图，由元件面、焊锡面、电源层、地线层和两层内电层组成。埋孔（Buriedvias）和盲孔（Blindvias）如果把导孔（via）应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中，如果只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔（Buriedvias）和盲孔（Blindvias）技术可以避免这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB，所以光是从表面是看不出来的。电源层（Power）、地线层（Ground）在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为信号层（Signal），电源层（Power）或是地线层（Ground）。如果PCB上的零件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与地线层。零件封装技术插入式封装技术（ThroughHoleTechnology）将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为「插入式ThroughHoleTechnology，THT）」封装。这种零件需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。但另一方面，THT零件和SMT（SurfaceMountedTechnology，表面粘贴式）零件比较，与PCB连接的构造比较好。例如排线的插座、电位器等大元件，都需要耐压力，所以通常它们都是THT封装。表面粘贴式封装技术（SurfaceMountedTechnology）使用表面粘贴式封装（SMT）的零件，接脚是焊在元件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接在PCB上钻洞。表面粘贴式的零件，还可以在两面都焊上。SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上零件要密集很多。SMT封装零件比THT的便宜。所以现今的PCB上大部分都是SMT，自然不足为奇。因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候。电路原理图设计1.电路原理图设计步骤设置原理图设计环境。使用Desin/Options和Tool/Preferences菜单进行。设计环境设置主要包括图纸大小、电气栅格、模板设置等。放置元件。将电器和电子元件放到图纸上。原理图布线。将元件用导线连接起来。编辑与调整。编辑元件属性，调整元件和导线的位置。检查原理图。生成网络表。网络表是元件名、封装参数及元件之间的连接表，它是自动绘制PCB图的基础。打印输出原理图。2.原理图设计对象设计对象包括：电气对象；绘制对象；指示对象。2.1电气对象（1）总线(Bus),一组相关的信号线，在原理图上用较粗的线表示。（2）总线分支(BusEntry),总线与导线的连接线。（3）元件(Part)，电阻、电容、电感、集成电路等。（4）导线(wire),连接元件管脚的连线。（5）连接点(Junction)，线路导通的交叉点。（6）电源地线端子，电源和地线符号。2.原理图设计对象（7）网络标号(Netlabel)，导线或总线上的标识文字。具有相同网络标号的导线或总线电气上相导通。（8）端口(Port),电路图与电路图或其它图纸符号之间的连接口。（9）图纸符号，将电路图表示成一个方框符号，称为图纸符号。（10）图纸符号中的端口，图纸符号中代表输入输出的接口。2.2绘制对象在原理图设计中的绘制对象没有电气连接关系，是为便于理解原理图而加的文字、图形、图片注释。（1）文本(Text),一串文字。（2）文本框(TextFrame),一段文字。（3）圆弧(Arcs)，一段弧线。（4）椭圆弧(EllipticalArcs)，一段椭圆弧线。（5）椭圆(Elliptical)，实心椭圆。2.2绘制对象（6）圆饼(PieCharts)，实心圆饼。（7）直线(Lines)。（8）矩形(Rectangle)。（9）圆角矩形(RoundRectangle)。（10）多边形(Polygons)。（11）曲线(Beziers)。（12）图片(Graphic)。2.3指示对象在原理图设计中的指示对象没有电气连接关系，是原理图中的指示符号。（1）忽略电路检查规则符号(NoERC)。（2）测试点符号(Probe)。（3）测试向量索引(TextVectorsIndex)。（4）信号源(Stimulus)。（5）印制板布线指示(PCBLayout)。3.原理图中常见的电气连接方式（1）连线与连线连接。（2）网络标号与连线连接。（3）网络标号与总线连接。（4）连线与管脚连接。（5）元件引脚与元件引脚连接。（6）连线与端口连接。（7）连线与图纸符号中的端口连接。（8）端口与端口之间的逻辑连接。（9）图纸符号端口与端口之间的逻辑连接。（10）网络标号与网络标号之间的逻辑连接。（11）网络标号与元件引脚名称之间的连接。ABWRDB1D0D1D2123U1AAND123U1BANDR110KPortPort16NameFileName1617NameFileName17VCCProtel99SE快速入门为了让大家树立掌握设计电路原理图和电路板图的信心，首先快速地学习Protel2004的基本用法。