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PCB设计初步1PCB板简介PCB(PrintedCircuieBoard)板是印刷线路板或称印刷电路板的简称。在绝缘材料上，按预定设计，制成印刷线路、印刷元件或两者组合而成的导电图形称为印刷电路。在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印刷线路板。设计PCB的目的就是要得到加工制作在绝缘覆铜板上的导电图形和孔位特征的电路板版图。最后在绝缘覆铜板上经过印刷、蚀刻、钻孔及一些后续处理生成电子产品所需要的印制电路板。2PCB板的种类及结构PCB板根据导电层数不同，分单层板、双面板、多层板。1．单层板单层板（Single-SidedBoards）的结构如图所示，单面板是指在一面覆铜的电路板，只可在覆铜的一面布线。但由于只能在一面布线且不允许交叉，布线难度较大，适用于比较简单的电路。（2）双面板双面板是两面覆铜，两面均可布线。由于可以两面布线，布线难度降低，因此是最常用的结构。基板的上、下两面都覆有铜箔。双面板包含顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）两个信号层。两面都有敷铜，中间为绝缘层。3．多层板多层板一般指3层以上的电路板。多层板不仅两面覆铜，在电路板内部也包含铜箔，各铜箔之间通过绝缘材料隔离。但制作成本较高，多用于电路布线密集的情况。结构如图多层印制板除了顶层和底层之外，还包括中间层，中间层可以是信号层，也可以是电源层和接地层。3PCB板材料PCB板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜、银、焊锡等。PCB板就是绝缘的板子，把电路做成铜膜走线，放在其上，在板子的1212顶层和底层都可以放置元件，用焊锡把元件焊接在PCB板上。4元件封装元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊点位置。也就是说实际的电子元器件焊接到电路板时所指示的轮廓和焊点的位置，它保证了元器件引脚与电路板上的焊盘一致。它仅仅是空间的概念，因而不同的元件可以共用一个元件封装；另一方面，同种元件可以有不同的封装。1．元件封装分类1）针脚式元件封装针脚式元件封装也称双列直插式元件封装，是针对针脚类元件的，如图2）表面粘贴式元件封装表面粘贴式元件封装，如图2．元件封装编号元件封装的编号一般为：元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸。如AXIAL-0.3表示元件封装为轴状，两引脚间的距离300mil3.常用元器件封装电容类封装（有、无极性）12123321电阻类封装二极管类封装晶体管类封装集成电路封装5铜膜导线铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具有导电特性。。12与导线有关的另外一种线，常称之为预拉线或飞线。预拉线是在引入网络表之后，系统根据规则自动生成，用来指引布线的一种连线。预拉线与导线有本质区别：预拉线只是在形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气连接意义。导线则是根据预拉线指示的焊盘间连接关系布置的，具有电气连接意义6焊盘和过孔焊盘用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构成，具有导电特性。焊盘的形状有圆、方、八角等。焊盘的主要参数是焊盘尺寸和孔径尺寸。过孔又称为导孔，用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔构成，具有导电特性。当铜膜导线走不通时，就需要打个过孔，通过过孔连接到另一个布线层。过孔有从顶层贯通到底层的通过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。7字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，不具有导电特性。8．安全间距（Clearance）进行印制电路板图设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元器件间的相互干扰，必须在它们之间留出一定间隙，即安全间距（如图所示）。9阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住，不具有导电特性。PCB设计的一般流程1前期准备前期准备包括元件库和原理图，并生成网络表在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。2PCB结构设计该步骤需要确定PCB板的大小、形状、层数等参数，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字符3布局布局就是在板子上放元件。在原理图的基础上生成网络表，之后在PCB图上导入网络表。采用元件自动布局操作，将网络报表中的元件放置到定义的PCB上。4布线布线有自动布线和手动布线。自动布线只要参数设置得当，元件位置布置合理，成功率几乎达100%。当自动布线有布不通或不尽人意的地方时，再做手工调整，从而优化PCB设计。5布线优化和丝印优化布线的时间一般是初次布线的时间的两倍丝印，要注意不能被元件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字应做镜像处理，以免混淆层面。6网络检查、DRC检查和结构检查7文件保存及输出PCB设计完成，对设计过程中产生的的各种文件和报表进行存储。根据需要，输出PCB板的布线图。ProtelDXP2004PCB的启动及界面认识1ProtelDXP2004PCB编辑器界面1．菜单栏ProtelDXP2004PCB编辑窗口菜单栏，如图2．工具栏工具栏如图所示，以图标按钮形式列出了常用命令的快捷方式。用户可以根据需要对工具栏包含的命令项进行选择，还可以对摆放位置进行调整。1）“PCB标准”工具栏：如图所示，与原理图编辑器中的标准工具栏相同，提供了常用PCB文档编辑操作按钮。2）“实用工具”工具栏：如图所示，该工具栏每个按钮都另有下拉工具栏，分别提供不同类型的绘图工具，包括PCB设计中要用到的实用工具、调整工具、查找选择、放置尺寸、网格设置等。3）“配线”工具栏：如图所示，提供了PCB布线常用图元放置命令。4）“过滤器”工具栏：如图所示，根据网络、元件号或者属性等过滤参数，使符合参数设置的图元在工作区内高亮显示，而其他不符部分则变暗。5）导航工具栏：如图所示，实现不同界面间快速跳转。3．面板控制中心如图所示，单击该控制中心的各个面板标签，可以使其对应的控制面板显示或隐藏。PCB编辑环境内所有快捷菜单、工具栏都可以在主菜单栏内找到对应的控制命令。如执行“DXP”→“用户自定义”命令，在弹出的“CustomizingPCBEditor”对话框中可以设置主菜单和工具栏的排列组合，设置自己熟悉的编辑界面。4．面板1）“Files”（文件）面板如图7.14所示，包括了打开文档、打开项目、新建、根据存在文件新建和根据模板新建5个子菜单。2）“Projects”（项目）面板如图7.15所示，双击可以打开面板中各个项目。3）“PCB”面板如图7.16所示，PCB面板可以游览当前设计文件具体细节，还可以进入From-To编辑器和分离内电层FlitPlane编辑器。图7.14Files面板图7.15Projects面板4）“Filter”（过滤器）面板允许用户通过建立逻辑序列来生成个人需要的过滤器，准确、高效地选择、编辑多个对象。5．坐标系统PCB编辑器坐标系统是PCB布局、元件放置、布线的重要依据。元件或导线等图形放置后，属性对话框中会显示其坐标值。这个坐标值就是该图形到坐标原点的距离值。系统默认的坐标原点在编辑工作区左下角。在DXP的PCB设计环境中，提供了两种尺寸标准：公制和英制，其单位分别是mm和mil，公制和英制之间换算关系：1mil=25.4μm。图7.15Projects面板二者之间还可以相互切换．其方法是：在主菜单栏中选择“查看”→“切换单位”或者按快捷键Ｑ。当公制和英制单位在切换过程中，若想知道现在是公制还是英制状态，可以查看屏幕的左下角是mil还是mm来确认。创建PCB设计文件1通过向导创建PCB文件使用PCB向导创建PCB文件，可以选择各种工业标准板的轮廓，也可以自定义电路板尺寸。创建具体步骤如下：第1步，单击PCB工作面板右下角的“System”按钮，弹出如图7.17所示菜单。在菜单中单击“Files”，弹出如图7.18图7.17所示的Files面板。图7.18第2步，在Files面板“根据模板新建”区域，单击“PCBBoardWizard”选项，打开PCB向导，如图7.19所示。图7.19第3步，单击“下一步”按钮，弹出选择PCB板度量单位对话框，如图7.20所示。这里选择英制。第4步，单击“下一步”按钮，弹出选择电路板配置文件对话框，如图7.21所示，可以设置PCB板的类型。对话框左侧的列表框内，系统提供了多种标准电路板的标准配置文件，以方便用户选用。单击其中任意一项，对话框右侧可以预览该配置PCB板示意图。第5步，单击“下一步”按钮，弹出如图7.22所示自定义电路板对话框。在该对话框中可以设置电路板的形状和尺寸等几何参数，还可以根据需要设置导线宽度和布线规则等。第6步，单击“下一步”按钮，弹出选择电路板层对话框，分别设定信号层和内电层的层数，如图7.23所示。这里我们分别设定为2层。第7步，单击“下一步”按钮，弹出如图7.24所示对话框，用来设置过孔类型。有“通孔”和“盲孔或埋过孔”两种类型。如果是双面板则应选择“通孔”，这里选择“通孔”。第8步，单击“下一步”按钮，弹出选择元件和布线逻辑对话框，如图7.25所示。该对话框用于确定电路板选用的元件是表面贴装元件为主还是通孔元件为主，右侧为示意图。如果是表面贴装元件选择是否要将元件放置在电路板两面；如果是图7.23选择电路板层图7.24选择过孔风格通孔元件，则设置邻近焊盘间导线数。第9步，单击“下一步”按钮，弹出选择默认导线和过孔尺寸对话框，如图7.26所示。设置PCB板的最小导线尺寸、过孔尺寸及导线之间的间距。图示为默认设置。第10步，单击“下一步”按钮，弹出如图7.27所示PCB板向导完成画面。第11步，单击“完成”按钮，系统生成一个默认名为“PCB1.PcbDoc”的文件，同时进入了PCB编辑环境，在工作区内显示PCB1板轮廓，如图7.28所示。最后将文件保存并重命名，至此，完成了新建PCB文件。练习：1、（1）利用PCB向导建立一个PCB文件，命名为PCBSJ.PcbDoc（2）印刷板尺寸为3500mil×3000mil,采用双面电路板，采用插针式元件，布线边界与板边界距离为100mil.最小导线尺寸10mil，最小过孔宽45mil，最小过孔孔径30mil，导线间的最小间距10mil。2、利用PCB向导建立一个PCB文件，命名为练习.PcbDoc，为76.2mm×65mm,布线边界与板边界距离为1.54mm.最小导线尺寸1.3mm，最小过孔宽1.5mm，最小过孔孔径0.8mm，导线间的最小间距1.54mm。任务五PCB板层1板层的类型PCB板包括多种类型的层面，如信号层、内部电源/接地层、机械层、屏蔽层、丝印层等，每一层作用各不相同。1、信号层（SingalLayers）有32个信号层，用于放置与信号有关的电气元素。包括顶层板层（TopLayer）、底层板层（BottomLayer）和30个中间板层(MidLayer)。顶层和底层放置元件和布线，中间30层布置信号线。2．内部电源/接地层（InternalPlanes）内部电源/接地层也称为内电层，有16个内部电源层，通常放置电源（VCC、VDD）或接地（GND）信号线。3．机械层（MechanicalLayers）系统提供了16个机械层，用来放置电路板在制造或组合时所需要的边框和标注尺寸，通常只需要一个机械层。4．屏蔽层（MaskLayers）屏蔽层是阻焊层（SolderMask）和助焊层（PasteMask）的统称。包括顶层阻焊层、底层阻焊层、顶层助焊层和底层助焊层4个层。阻焊层主要用于在焊盘和过孔周围设置保护区。助焊层即锡膏防护层，主要用于为光绘和丝印屏蔽工艺，提供与有表面贴装器件的印制板之间的焊接粘贴，无表面贴装器件时不需要使用该层。5．丝印层（SilkscreenLayers丝印层包括顶层丝印层（TopOverlay）和底层丝印层（BottomOverlay）。主要用于绘制元件的外形轮廓，放置说明文字、PCB版本、公司名称等。6．多层（MultiLa