protel讲义印制电路板图设计基础

印制电路板图设计基础印制电路板图设计基础6.1印制电路板概述6.2新建PCB文件6.3PCB编辑器6.4PCB电路参数设置6.5设置电路板工作层6.6规划电路板和电气定义思考与练习6印制电路板图设计基础6.1印制电路板概述印制电路板简称为PCB（PrintedCircuitBoard），又称印制版，是电子产品的重要部件之一。电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。印制电路板图设计基础印制电路板通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料——覆铜板。按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的印制电路板。印制电路板图设计基础6.1.1印制板种类及结构印制板种类很多，根据导电层数目的不同，可以将印制板分为单面电路板（简称单面板）、双面电路板（简称双面板）和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，又可将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。此外，采用挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆。印制电路板图设计基础1．单面板一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面焊接元件和布线，适用于简单的电路设计。图6.1单面印制电路板剖面印制电路板图设计基础2．双面板双面板包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板。图6.2双面印制电路板剖面印制电路板图设计基础3．多层板多层板一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。多层板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四层板中，上、下面（层）是信号层（信号线布线层），在上、下两层之间还有电源层和地线层，如图6.3所示。印制电路板图设计基础图6.3多层印制电路板剖面印制电路板图设计基础印制电路板图设计基础6.1.2印制板材料根据覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。它们都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后经过加热、加压工艺处理而成。目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。印制电路板图设计基础使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。覆铜箔环氧纸质层压板的电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好，也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。印制电路板图设计基础使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧玻璃布层压板。这是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，它具有良好的电气和机械性能，耐热，尺寸稳定性好，可在较高温度下使用。因此，广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。由于其介电性能好（介质损耗小、介电常数低），耐高温（工作温度范围宽），耐潮湿（可以在潮湿环境下使用），耐酸、碱（即化学稳定性高），是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料，只是价格较高。印制电路板图设计基础6.1.3元件封装（Footprint）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盘位置。不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。印制电路板图设计基础图6.4针脚式元件封装1．元件封装的分类（1）针脚式元件封装，如图6.4所示。针脚类元件焊接时先将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元件封装的焊盘导孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，“Layer”板层属性必须为“MultiLayer”（多层）。印制电路板图设计基础（2）表面贴装式元件封装，如图6.5所示。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）。图6.5表面贴装式元件封装印制电路板图设计基础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（焊盘数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件的封装。如AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间距为400mil（约等于10mm）；DIP16表示双列直插式引脚的器件封装，两列共16个引脚。印制电路板图设计基础3.几种常见元件的封装（1）电阻针脚式电阻：封装系列名为“AXIALxxx”，其中“AXIAL”表示轴状的包装方式；AXIAL后的“xxx”（数字）表示该元件两个焊盘间的距离。后缀数越大，其形状越大。如图6.6所示。图6.6轴状元件封装印制电路板图设计基础贴片式电阻：0402=1.0mmx0.5mm0603=1.6mmx0.8mm0805=2.0mmx1.2mm1206=3.2mmx1.6mm印制电路板图设计基础（2）无极性电容常用“RADxxx”作为无极性电容元件封装，如图6.7所示。图6.7扁平元件封装印制电路板图设计基础（3）筒状封装常用“RBx/x”作为有极性的电解电容器封装，“RB”后的两个数字，分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径，单位是in（英寸），如图6.8所示。图6.8筒状封装印制电路板图设计基础（4）二极管类元件常用封装系列名称为“DIODExxx”，其中“xxx”表示焊盘间距，如图6.9所示。图6.9二极管类元件封装印制电路板图设计基础（5）三极管类元件常用封装系列名称为“TOxxx”，其中“xxx”表示三极管类型，如图6.10所示。图6.10三极管类元件封装印制电路板图设计基础DIP14电阻二极管三极管图6.11元件封装图印制电路板图设计基础6.1.4印制电路板图的基本元素1．铜膜导线简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。顶层走线底层走线Via(过孔)Pad(焊盘)图6.12铜膜导线印制电路板图设计基础另外有一种线为预拉线，常称为飞线，飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。※飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。图6.13飞线印制电路板图设计基础图6.14印制电路板图设计基础图6.15印制电路板图设计基础2．助焊膜和阻焊膜助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜是为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。印制电路板图设计基础3．焊盘和过孔焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。图6.16常见焊盘的形状印制电路板图设计基础过孔的作用是连接不同板层的导线。过孔有3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以及内层间的隐蔽过孔。穿透式过孔盲过孔图6.17印制电路板图设计基础4．丝印层为方便电路的安装和调试，需要在印制板的上下两表面印制上所需要的标志图案和文字代号，例如元件标号、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就是丝印层(SilkscreenTop/BottomOverlay)。印制电路板图设计基础5．层Protel的“层”是印制板材料本身实实在在的铜箔层。目前，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔（Via）”来沟通。※注意：一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。印制电路板图设计基础PCB图例PadViaClearance印制电路板图设计基础6.2新建PCB文件执行菜单命令“File\New…”图6.18新建文件对话框印制电路板图设计基础PCB管理器文件标签工作层标签浮动工具栏图6.19预览窗口当前工作层及颜色印制电路板图设计基础6.3PCB编辑器6.3.1PCB工具栏Protel99SE为PCB设计提供了4个工具栏:MainToolbar（主工具栏）PlacementTools（放置工具栏）ComponentPlacement（元件布置工具栏）FindSelections（查找选取工具栏）。印制电路板图设计基础图6.20视图菜单MainToolbarPlacementToolsComponentPlacementFindSelections印制电路板图设计基础1．主工具栏该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮，如图6.21所示。图6.21主工具栏印制电路板图设计基础2．放置工具栏执行“View\Toolbars\PlacementTools”菜单命令来进行打开或关闭的,该工具栏主要提供图形绘制以及布线命令。图6.22放置工具栏印制电路板图设计基础3．元件布置工具栏元件布置工具栏是通过执行“View\Toolbars\componentPlacement”菜单命令，来进行打开或关闭的。打开的元件布置工具栏如图所示。该工具栏方便了元件排列和布局。图6.23元件布置工具栏印制电路板图设计基础4．查找选取工具栏查找选取工具栏是通过执行“View\Toolbars\FindSelections”选项来进行打开或关闭的。打开的查找选取工具栏如图所示。该工具栏方便选择原来所选择的对象。图6.24查找选取工具栏印制电路板图设计基础6.3.2PCB设计管理器1．启动PCB设计管理器单击“BrowsePCB”标签，即可进入PCB设计管理器。印制电路板图设计基础对象成员列表框对象浏览列表框视窗当前工作层2．PCB设计管理器的组成图6.25印制电路板图设计基础网络元件元件库网络组元件组违反规则信息设计规则图6.26印制电路板图设计基础图6.27不同浏览对象对应的浏览窗印制电路板图设计基础在PCB编辑器中，可以选择英制（单位为mil）或公制（单位为mm）两种长度计量单位，彼此之间的换算关系如下：1mil=0.0254mm10mil=0.254mm100mil=2.54mm1000mil（1英寸）=25.4mm印制电路板图设计基础6.3.3添加元件封装库选择“Browse”下拉列表中“Libraries（库）”。最后单击左下方的“Add/Remove（添加/删除）”按钮图6.28BrowsePCB标签页印制电路板图设计基础图6.29添加/删除库文件的对话框添加的库文件印制电路板图设计基础图6.30已装入的库文件印制电路板图设计基础6.4PCB电路参数设置Protel99SE提供的PCB工作参数包括Option（特殊功能）、Display（显示状态）、Color（工作层面颜色）、Show/Hide（显示/隐藏）、Default（默认参数）、SignalIntegrity（信号完整性）共6部分。执行菜单Tools/Preferences命令，屏幕将出现系统参数对话框，其中包括6个标签页，可对系统参数进行设置。印制电路板图设计基础图6.31系统参数对话框OnlineDRC：在线规则检查SnapToCenter：选取元件时光标的位置ExtendSelection：扩展选定RemoveDuplicates：删除重复ConfirmGlobalEdit：确认