DXP的PCB制作

华南农业大学应用物理系刘勇光电信息系统基础e-mail:[e-mail]刘勇综合练习1综合练习本章先介绍印制电路板的设计流程,然后通过一个双面印制电路板设计的综合实例,结合了原理图绘制、原理图库操作以及PCB设计等内容,详细讲解PCB的设计过程.教学内容：教学目标:通过实例的练习,回顾并巩固前面所学的知识,提高对Protel2004软件的基本操作和运用的技能,领会PCB设计合理规划的必要性、重要性和一般原则,强化对封装形式合理选用或正确制订的重要性,锻炼并提升实际设计能力.在进行PCB设计之前,有必要了解一下PCB设计的过程.通常先设计好原理图,然后创建一个空白的PCB文件,再设置PCB的外形和尺寸.接着根据自己的习惯设置环境参数,向空白的PCB文件导入网络表及元件的封装等数据,然后再设置工作参数,通常包括板层的设定和布线规则的设定,在上述准备工作完成后,就可以对元器件进行布局.接下来的工作是自动布线、手工调整不合理的图件、对电源和接地线进行敷铜,最后进行设计校验.在印制电路板设计完成后,应把与该设计有关的文件进行导出和存盘.具体的PCB设计流程如图1所示.开始准备原理图规划印制电路板设置环境参数导入数据设定工作参数元件布局设置布线规则自动布线手工调整敷铜DRC检测输出文件结束图1PCB的设计流程㈠下面以“声控变频电路.PrjPCB”为例,介绍双面PCB的设计方法.声控变频电路的原理图如图2所示.PCB的尺寸为2400mil×2000mil.电阻采用Res2,无极性电容Cap,电解电容CapPol1,电位器Rpot,麦克风Mic2,三极管NPN,NE555P在“TIAnalogTimerCircuit.Intlib”库中.⑴准备原理图1)新建一个名字为综合练习的工作区文件,在这工作区文件下新建一个名为声控变频电路的工程文件;2)在声控变频电路的工程文件中新建一个名为声控变频电路的空白原理图文件,并在此原理图文件中按要求绘制声控变频电路的原理图;3)对声控变频电路的原理图进行编译,生成网络表文件.图1新建一个名为“综合练习”的工作区文件图2新建一个工程文件图3把新建的工程文件改名保存图4新建的工程文件改名为“声控变频电路”图5在新建的工程文件下新建一个原理图文件图6对新建的原理图文件改名另存图7新建的原理图文件改名为“声控变频电路”图8根据要求绘制声控变频电路的原理图图9对声控变频电路的原理图进行编译图10查看错误和警告信息并对错误的地方进行修改图11生成网络表文件图12显示生成的网络表文件⑵规划印制电路板1)在“声控变频电路”工程文件下,新建一个空白的PCB文件;2)把新建的PCB文件另存为“声控变频电路.PcbDoc”;3)在该PCB文件中设置当前原点;4)根据题目要求绘制物理边界;5)绘制电气边界(即设置印制电路板禁止布线区);⑶导入数据把原理图文件中的信息导入到PCB文件.图13在声控变频电路的工程文件中新建一个空白的PCB文件图14新建的PCB文件另存为“声控变频电路.PcbDoc”图15在PCB文件的编辑窗口中设置当前原点图16设置当前原点的效果图图17把当前层设置为机械层图18绘制物理边界图19绘制物理边界的效果图图20把当前层设置为禁止布线层图21绘制电气边界图22电气边界的效果图图23把声控变频电路.SchDoc文件中的信息导入到PCB文件图24校验改变图25执行改变图26执行改变后的效果图图27导入数据后的PCB文件⑷设定环境参数环境参数包括单位制式、光标形式、栅格样式和工作面层颜色等.适当设置这些参数对PCB电路板设计非常重要.1)设置参数执行“Design”→“BoardOptions”命令,即可进入环境参数设置对话框,如图28所示.在对话框进行参数设定,如图29所示.一般情况下,将捕捉栅格、电气栅格设成相近值.如果捕捉栅格和电气栅格相差过大,在手工布线的时候,光标将会很难捕获到用户所需的电气连接点.2)设置工作层面显示/颜色执行“Design”→“BoardLayers＆Colors”命令,即可进入工作层面的显示/颜色设置对话框,如图30所示.在对话框中,可以进行工作层面的显示/颜色设置,有6个区域分别设置在PCB编辑区要显示的层及其颜色.其中,“SystemColors”区域中的设置包含可见栅格、焊盘孔、过孔和PCB工作层面的颜色及其显示等,初学者建议这个区域使用默认设置,如图31所示.图28进入环境参数设置对话框图29在环境参数设置对话框进行参数设定图30进入工作层面的显示/颜色设置对话框图31在对话框进行工作层面的显示/颜色设置⑸元件的自动布局元件的布局有自动和手工布局两种方式,一般先利用PCB的编辑器所提供的自动布局功能自动布局,在自动布局后再进行手工调整.1)设置元器件布局规则.执行菜单命令“Design”→“Rules”,系统弹出“PCBRulesandConstraintsEditor”对话框.分别对ComponentClearance(安全间距)、ComponentOrientations(元器件放置角度)和PermittedLayers(允许元器件放置工作层)等进行设置.2)清除布局空间“Room”,在PCB编辑器中,执行“Tools”→“ComponentPlacement”→“AutoPlacer”命令,打开元件自动布局对话框,在该对话框中选择元件自动布局的方式,见图35.自动布线对话框中各选项的含义:“ClusterPlacer”——成组布局方式.这种基于“组”的元件自动布局方式,将根据连接关系将元件划分为组,然后按照几何关系放置元件组,该方式较为适合元件较少的电路.“StatisticalPlacer”——统计布局方式.这种基于“统计”的元件自动布局方式,将根据统计算法放置元件,以使元件之间的连线长度最短,该方式较为适合元件较多的电路.“QuickComponentPlacement”——设置元件快速布局.该选项只有在选择成组布局方式时,选中才有效.2)当选中统计布局方式时,对话框发生变化,见图36.统计布局方式的部分选项功能含义为:“GroupComponents”——组合元件.该选项的功能是,将当前PCB设计中网络连接密切的元件归为一组,排列时该组元件将作为整体考虑.“RotateComponents”——旋转元件.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.3)本例选成组布局方式,在设置好元件自动布局后,单击“OK”按钮,元件自动布局完成后的效果图如图37所示.图32显示布局空间图33显示布局空间图34打开元件自动布局对话框图35在自动布局对话框中选择元件自动布局的方式图36在自动布局对话框中选中元件自动统计布局的方式3)这里选成组布局方式,在设置好元件自动布局后,单击“OK”按钮,元件自动布局完成后的效果图如图37所示.图37元件自动布局的效果图⑹调换元件封装Protel2004系统中进行电路板设计时,元件封装的选配或更换,无论在原理图还是PCB的编辑过程中均可进行,只是在PCB的编辑过程中选配或更换元件封装会相对方便一些.下面以三极管Q1和Q2封装的更换来介绍元件封装的调换.1)双击需要调换封装的元件(如Q1),打开元件参数对话框,如图38所示.2)单击对话框封装栏中元件名称后的浏览按钮,打开如图39所示的浏览库对话框.3)在元件封装浏览库对话框中选取所需的封装形式.4)在元件参数对话框中确认改变的封装形式.5)同理更换Q2的封装形式,其效果图见图43.图38打开元件参数对话框图39元件封装浏览库对话框图40在元件封装浏览库对话框中选取所需的封装形式图41在元件参数对话框中确认改变的封装形式图42调换Q1元件的封装图43调换Q1和Q2元件的封装⑺PCB和原理图文件的双向更新Protel2004系统中,用户可以很方便地由PCB文件更新原理图文件,或由原理图文件更新PCB文件.1)由PCB文件更新原理图文件象刚才在PCB编辑窗口中对Q1和Q2进行元件封装的更换,就是对声控变频电路PCB文件的局部修改,在修改后,需要更新声控变频电路的原理图文件,具体操作为:①在PCB编辑区执行“Design”→“UpdateSchematicin声控变频电路.PrjPCB”命令,启动更改确认对话框,如图45所示.②单击“Yes”,打开更改文件ECO对话框,如图46所示.③单击“ValidateChanges”校验按钮,检查改变是否有效,如果所有改变均有效,则“Status”栏中的“Check”均选中,见图47.④单击“ExecuteChanges”执行改变按钮,将有效的修改发送到原理图,完成后“Done”列出现完成状态显示,如图48所示.⑤单击“ReportChanges”按钮,系统生成更改报告,如图49所示.2)由原理图文件更新PCB文件由原理图文件更新PCB文件的操作方法同上述“导入数据”的操作.图44执行“Design”→“UpdateSchematicin声控变频电路.PrjPCB”图45弹出更改确认对话框图46打开ECO对话框图47校验后的ECO对话框图48执行改变后的ECO对话框图49生成更改报告㈧元件布局的交互调整所谓交互调整就是手工调整与自动排列.设计者先用手工方法大致调整一下布局,再利用元件的自动排列功能,按需要对元件的布局进行调整.1)手工调整手工调整布局的方法,与原理图编辑时调整元件位置的方法是相同的,包括移动元件、旋转元件和元件标注的调整等.经过手工调整后的效果如图50所示.图50手工调整后的效果2)自动排列①选择排列的元件.执行“Edit”→“Select”→“InsideArea”命令,或单击菜单栏中的按钮.②执行后,光标变成十字,画一个虚框把待选元件都包在该虚线框中,在“Alignmenttools”下拉菜单中,根据实际需要,选择元件自动排列的不同方式,调整元件排列.自动排列后的效果如图54所示.图51元件自动排列的快捷图标图52打开元件自动排列的对话框图53可在元件自动排列的对话框中进行自动排列的设定图54自动排列后的效果㈨电路板的3D效果图设计者可以通过3D效果图看到PCB的实际效果和全貌.执行“View”→“Boardin3D”命令,PCB编辑器内的工作窗口变成3D仿真图形,如图55所示.在PCB3D操作面板上调整,可看到制成后的PCB全方位图.图55执行“Boardin3D”命令显示3D效果图56电路的3D效果图图57电路的3D效果图㈩设置布线规则Protel2004系统中,设计规则有10个类别,覆盖了电气、布线、制造、放置、信号完整性要求等.其中大部分采用系统默认的设置,用户需要设置的规则并不多.1)设置双面板布线方式如果要求设计一般的双面印制电路板,就没必要去设置布线板层规则,因为系统默认双面布线.这里作为例子进行介绍,其操作步骤为:①在PCB编辑中执行“Design”→“Rules...”命令,即可启动PCB规则和约束编辑对话框,如图58所示.界面的左侧显示设计规则的类别,右侧显示对应规则的设置属性.②布线层的查看:单击左侧设计规则“DdsignRules”中的布线“Routing”类,该类所包含的布线规则以树结构展开,单击布线层“RoutingLayers”规则,顶层和底层允许布线已被选中,如图59所示.③走线方式的设置:单击布线层“RoutingTopology”规则,界面如图60所示,在此将双面印制板顶层设置为水平走线方式(Horizontal),使用同样的方法将双面印制板底层设置为垂直走线方式(Vertical)图58PCB规则和约束编辑对话框图59查看布线层图60走线方式设置图61顶层设置为水平走线方式图62底层设置为垂直走线方式2)设置一般导线宽度所谓一般导线是指流过的电流较小的信号线.单击“DesignRules”中的布线宽度“Width”类,显示布线宽度的约束特性和范围,如图63所示.这个规则应用到整个电路板,将一般导线宽度设定为10mil,在修改最小尺寸前应先设