108 PCB设计基础

物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.1印刷电路板基础10.8.1.1印刷电路板的结构10.8.1.2元件的封装（Footprint）10.8.1.3焊盘（Pad）与过孔（Via）10.8.1.4铜膜导线（Track）10.8.1.5安全间距（Clearance）10.8.2PCB编辑器10.8.2.1PCB编辑器的启动与退出10.8.2.2PCB编辑器的画面管理10.8PCB设计基础物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.3电路板的工作层10.8.3.1工作层的类型10.8.3.2工作层的设置10.8.3.3工作层的打开与关闭10.8.4设置PCB工作参数10.8.4.1Options选项卡的设置10.8.4.2Display选项卡的设置10.8.4.3Colors选项卡的设置10.8.4.4Show/Hide选项卡的设置物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.4.5Defaults选项卡的设置10.8.4.6SignalIntegrity选项卡的设置10.8.5PCB中的定位10.8.5.1使用PCBMiniViewer定位10.8.5.2手动移动图纸10.8.5.3跳转到指定位置10.8.5.4PCB管理器中BrowsePCB选项卡的功能物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础本节重点：1印刷电路板的概念与分类2元件封装3焊盘、过孔与铜膜导线4PCB文件中关于工作层的概念与使用物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.1印刷电路板基础10.8.1.1印刷电路板的结构1.单面板指仅一面有导电图形的电路板，也称单层板。单面板的特点是成本低，但仅适用于比较简单的电路设计，如收音机、电视机。对于比较复杂的电路，采用单面板往往比双面板或多层板要困难。2.双面板指两面都有导电图形的电路板，也称双层板。其两面的导电图形之间的电气连接通过过孔来完成。由于两面均可以布线，对比较复杂的电路，其布线比单面板布线的布通率高，所以它是目前采用最广泛的电路板结构。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础3.多层板由交替的导电图形层及绝缘材料层叠压粘合而成的电路板。除电路板两个表面有导电图形外，内部还有一层或多层相互绝缘的导电层，各层之间通过金属化过孔实现电气连接。它主要应用于复杂的电路设计，如在微机中，主板和内存条的PCB采用4~6层电路板设计。10.8.1.2元件的封装（Footprint）1.元件封装的分类针脚式元件封装：常见的元件封装，如电阻、电容、三极管、部分集成电路的封装。这类封装的元件在焊接时，一般先将元件的管脚从电路板的顶层插入焊盘通孔，然后在电路板的底层进行焊接。由于针脚式元件的焊盘通孔贯通整个电路板，故在其焊盘的属性对话框内，Layer（层）的属性必须为MultiLayer（多层）。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础表面粘贴式元件封装：现在，越来越多的元件采用此类封装。这类元件在焊接时元件与其焊盘在同一层。故在其焊盘属性对话框中，Layer属性必须为单一板层（如Toplayer或Bottomlayer）。（a）AXIAL0.4(b)DIODE0.4(c)RAD0.4(d)FUSE（电阻类）（二极管类）（无极性电容类）（保险管）(e)XATAL1（晶振类）(f)VR5（电位器类）(g)SIP8（单列直插类）(h)RB.2/.4（极性电容类）(i)DB9/M（D型连接器）(j)TO-92B（小功率三极管）物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础(k)LCC16（贴片元件类）(l)DIP16（双列直插类）(m)TO-220（三极管类）图10.8.1常见元件封装2.元件封装的编号元件封装的编号规则一般为元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。根据元件封装编号可区别元件封装的规格。如AXIAL0.6表示该元件封装为轴状，两个管脚焊盘的间距为0.6英寸（600mil）；RB.3/.6表示极性电容类元件封装，两个管脚焊盘的间距为0.3英寸（300mil），元件直径为0.6英寸(600mil)；DIP14表示双列直插式元件的封装，两列共14个引脚。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.1.3焊盘（Pad）与过孔（Via）焊盘（Pad）的作用是用来放置焊锡、连接导线和焊接元件的管脚。根据元件封装的类型，焊盘也分为针脚式和表面粘贴式两种，其中针脚式焊盘必须钻孔，而表面粘贴式无需钻孔。圆形焊盘方形焊盘八角形焊盘表面粘贴式焊盘针脚式焊盘的尺寸图10.8.2常见焊盘的形状与尺寸对于双层板和多层板，各信号层之间是绝缘的，需在各信号层有连接关系的导线的交汇处钻上一个孔，并在钻孔后的基材壁上淀积金属（也称电镀）以实现不同导电层之间的电气连接，这种孔称为过孔（Via）。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础过孔有三种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔；从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔；在内层间的隐藏过孔。过孔的内径（Holesize）与外径尺寸（Diameter）一般小于焊盘的内外径尺寸。图10.8.3为过孔的尺寸与类型。(a)过孔的尺寸(b)穿透式过孔(c)盲过孔图10.8.3过孔的尺寸与类型10.8.1.4铜膜导线（Track）印刷电路板上，在焊盘与焊盘之间起电气连接作用的是铜膜导线，简称导线（Track）。它也可以通过过孔把一个导电层和另一个导电层连接起来。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.1.5安全间距（Clearance）进行印刷电路板设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造成相互干扰，就必须在他们之间留出一定的间距，这个间距就称为安全间距。图10.8.4为安全间距示意图。图10.8.4安全间距物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础10.8.2PCB编辑器10.8.2.1PCB编辑器的启动与退出1．启动PCB编辑器（1）通过打开已存在的设计数据库文件启动①执行菜单命令File|Open或单击打开图标，在弹出的对话框中，在相应路径下找到要打开的设计数据库文件名，单击打开按钮。②展开设计导航树，双击Documents文件夹，找到扩展名为“.PCB”的文件，单击该文件，就可启动PCB编辑器，同时将该PCB图纸载入工作窗口中。（2）通过新建一个设计数据库文件进入①执行菜单命令File|New，弹出新建设计数据库对话框。在DatabaseFileName文本框中键入设计数据库文件名，扩展名为.ddb，单击OK按钮，即可建立一个新的设计数据库文件。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础②打开新建立的设计数据库中的Documents文件夹，再次执行菜单命令File|New，弹出如图10.8.5所示的NewDocument（新建设计文档）对话框，选取其中的PCBDocument图标，单击OK按钮，即在Documents文件夹中建立一个新的PCB文件，默认名为“PCB1”，扩展名为.PCB，此时可更改文件名。图10.8.5NewDocument(新建设计文档)对话框物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础③双击工作窗口中的或单击设计导航树中的PCB1.PCB文件图标，就可启动PCB编辑器，如图10.8.6所示。图中左边是PCB管理窗口，右边是工作窗口。PCB管理器窗口浮动工具栏工作窗口工作层标签文件标签图10.8.6PCB编辑器物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础2.退出PCB编辑器在PCB编辑器状态下，执行菜单命令File|Close，或在PCB管理器中，用鼠标右键单击要关闭的PCB文件，在弹出的快捷菜单中，单击Close命令。10.8.2.2PCB编辑器的画面管理1．画面显示（1）画面的放大使用快捷键PageUp键。（2）画面的缩小使用快捷键PageDown键。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础（3）对选定区域放大①区域放大：执行菜单命令View|Area或用鼠标单击主工具栏的图标，光标变为十字形，将光标移到图纸要放大的区域，单击鼠标左键，确定放大区域对角线的起点，再移动光标拖出一个矩形虚线框为选定放大的区域，单击鼠标左键确定放大区域对角线的终点，可将虚线框内的区域放大。②中心区域放大：执行菜单命令View|AroundPoint，光标变为十字形，移到需放大的位置，单击鼠标左键，确定要放大区域的中心，移动光标拖出一个矩形区域后，单击鼠标左键确认，即可将所选区域放大。（4）显示整个电路板/整个图形文件①显示整个电路板：执行菜单命令View|FitBoard，可将整个电路板在工作窗口显示，但不显示电路板边框外的的图形。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础②显示整个图形文件：执行菜单命令View|FitDocument或单击图标，可将整个图形文件在工作窗口显示。如果电路板边框外有图形，也同时显示出来。图10.8.7是两个命令执行后的结果对比。（a）执行菜单命令View|FitBoard(b)执行菜单命令View|FitDocument图10.8.7两条命令的效果对比物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础（5）采用上次显示比例显示执行菜单命令View|ZoomLast，可使画面恢复至上一次的显示效果。（6）画面刷新使用快捷键END键。2.窗口管理（1）多窗口的管理以同时打开2个设计数据库文件为例，在菜单栏的Windows菜单中有6项命令。①Title命令：窗口平铺显示。②Cascade命令：窗口层叠显示。③TitleHorizontally命令：使所有打开的文件窗口以水平分割平铺的方式显示在工作窗口中。④TitleVertically命令：使所有打开的文件窗口以垂直分割平铺的方式显示在工作窗口中。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础⑤ArrangeIcons命令：使打开的文件窗口最小化时的图标在工作窗口底部有序排列。⑥CloseAll命令：执行该命令，可关闭所有窗口。（2）单窗口的管理在当前工作窗口顶部显示的文件标签中，用鼠标右键单击某一文件，可弹出快捷菜单，各菜单命令的功能如下：①Close：关闭该文件。②SplitVertical：将该文件与其它文件垂直分割显示。对所有的文件都执行该命令，则所有文件窗口都会进行垂直分割显示。③SplitHorizontal：将该文件与其它文件水平分割显示。对所有文件都执行该命令，则所有文件窗口都会进行水平分割显示。物理学及电子信息工程系YANGTZENORMALUNIVERSITY10.8PCB设计基础④TitleAll：所有窗口平铺显示。⑤MergeAll：隐藏所有文件。文件以标签的形式显示，单击某标签即可显示相应的文件的内容。3．PCB的工具栏、状态栏、管理器的打开与关闭（1）工具栏的打开与关闭执行菜单命令View|Toolbars，弹出一个子菜单如图10.8.8所示。在子菜单中选择相应工具栏名称。图10.8.8View|Toolbars弹出的子菜单（2）状态栏与