印制电路板(PCB)设计与制作

大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）1第一章初识Protel99SE电子线路设计是众多工程技术人员和无线电爱好者经常遇到的问题，如何快捷、高效、准确地完成电子线路的设计工作也使很多人一筹莫展。您或许为使电路板尽量紧凑而绞尽脑汁，为布通电路板的线路而废寝忘食，为手绘的电路板歪歪扭扭而感到灰心丧气。卓越的Protel99将彻底把您从烦恼的工作中解放出来，在它的帮助下，您的电子线路设计工作将变得轻松愉快。第一节Protel99SE的发展与演变随着现代科学日新月异的发展，现代电子工业也取得了长足的进步，大规模、超大规模集成电路的使用使电路板的走线愈加精密和复杂。在这种情况下，传统的手工方式设计和制作电路板已显得越来越难以适应形势了。幸运的是电子计算机的飞速发展有效地解决了这个问题，精明的软件厂商针对广大电子界人士的需求及时推出了自己的电子线路软件。这些软件有一些共同的特征：它们都能够协助用户完成电子产品线路的设计工作，比较完善的电子线路软件至少具有自动布线的功能，更完善的还应有自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能。Protel99继续保持了ProtelTechnology公司的革新传统，它具有极为全面的工具、文档以及设计项目的组织功能，使用户可比以往任何时候更轻松地驾驭电子线路设计的全过程。Protel软件的良好信誉以及Protel99的卓越表现使之很快成为众多用户的首选软件。第二节Protel99SE的特点Protel99主要有两大部分组成：一．原理图设计系统。它主要用于电路原理图的设计，为印制电路板的设计打好基础。二．印制电路板设计系统。它主要用于印制电路板的设计，产生最终的PCB文件，直接联系到印制电路板的生产。一．原理图设计系统Protel99的原理图编辑器提供高速，智能的原理图编辑手段，产生高质量的原理大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）2图输出结果，它的元件库提供了超过六万种元件，最大限度地覆盖了众多的电子元件生产厂家的繁复庞杂的元件类型。元件的连线使用自动化的画线工具，然后通过功能强大的电气法则检测（ERC），对所绘制的原理图进行快速检查。所有这一切将使您的设计工作变得空前未有的便捷。1.分层次组织的设计环境所谓分层次组织实际上是一种非常有效的系统方法。用户可以将待设计的系统划分为若干子系统，子系统再划分为若干功能模块，功能模块再划分为基本模块，然后分层逐级实现。这使得系统的设计条理清晰、简单可靠。Protel99对同一设计项目中原理图的张数没有限制，用户可以同时编辑多张原理图，各原理图之间的切换也非常方便。2.强大的元件及元件库的组织功能Protel99提供了容量巨大的原理图元件库，同时它的元件库编辑器使用户可以创建自己的元件库，用户可以自由的在各库之间移动、拷贝元件，以便按照自己的要求合理地组织库的结构。Protel99提供的强大的元件库查询功能相当令人满意，用户可以通过元件的名称或属性查询它，可以把查询的范围设定在某一目录的所有元件库中，或是某一特定的路径，或是整个硬盘，总之，利用这项功能，用户可以很快找到所需的元件。3.方便易用的连线工具Protel99电气栅格连线和自动连接特性使原理图的连线工作变得非常容易。当用户为原理图连线时，被激活的电气“热点”将引导鼠标光标至最近的有效连接点上，这样用户就可以在一个较大范围内完成连线。4.强大的编辑功能Protel99的原理图编辑器使用标准的图形化编辑方式，这使得用户能够非常直观地控制整个编辑过程，用户可以方便的使用诸如拖动、剪切、拷贝、粘贴等标准的Windows操作。你是否需要同时编辑多个元件的封装形式呢？Protel99的整体编辑功能将帮你解决。整体编辑就像对单个元件进行编辑一样，用户只需这种编辑作用的范围，而这个范围的选取也是相当灵活的。合理的使用全局编辑功能可以大大提高用户的工作效率。二．印制电路板PCB设计系统大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）3Protel99的印制电路板编辑器为用户提供了一条快捷的设计电路板的途径。PCB编辑器通过它的交互性编辑环境达到了手动设计与自动化设计的完美融合。PCB的底层数据结构最大限度地考虑了用户对速度的要求，通过对功能强大的设计法则的设置，用户可以有效地控制印制电路板的设计过程。对于特别复杂的、电脑难以自动完成的布线工作，用户可以选择手动布线，总之，Protel99的印制电路板编辑器既功能强大又便于控制。下面介绍一下PCB设计系统的特点。1.丰富的设计法则电子工业的飞速发展对印制电路板的设计人员提出了更高的要求。现在，为了成功地设计一块优秀的电路板，需要仔细考虑诸如网络阻抗、布线间距、走线宽度等因素。Protel99强大的法则驱动的设计特性将协助用户很好地解决这些问题。Protel99的PCB编辑器提供了超过25种设计法则类别，覆盖了像元件位置、走线宽度、走线角度、过孔直径、网络阻抗等设计过程的方方面面，使用户方便地完成印制电路板的设计。2．轻松的交互性手动布线Protel99强大的手动布线功能使用户方便地在电路板上的对象间进行走线。Protel99的电气栅格可以将线路引导至电气“热点”的中心。大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）4第二章设计电路原理图第一节原理图的设计基础一．制作原理图的目的原理图设计是电路设计的基础，制作电路图本身就是一个设计电路的过程，设计的结果是一张原理图，原件列表，以及原理图网络表。原理图网络表是画电路板图的基础，从最终结果来看画原理图的目的是画电路板图而不是原理图本身。只有在设计好原理图的基础上才可以进行印刷电路板的设计和电路仿真等。二．原理图的设计步骤电路原理图的设计是印制电路板中重要的一步，电路原理图设计的好坏直接影响到后面的工作。首先原理图的正确性是最基本的要求，其次原理图应该合理布局，这样不仅可以尽量避免出错、也便于读图、便于查找和纠正错误，最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。1.设置电路图纸参数用户可以根据电路图的复杂程度设置所用图纸的格式、尺寸、方向等参数。2.装入所需要的元件库将包含有用户所需元件的元件库装入设计系统中，以便用户从中央查找和选定所需的元器件。3.放置元件将用户选定的元件放置到已建立好的工作平面上，并对元件在工作平面的位置进行调整，对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置。4.电路图布线将事先放置好的元件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有用户所设计的电气连接关系。5.建立网络表完成上面的步骤以后，可以看到一张完整的电路原理图了，但是要完成电路板的设计，就需要生成一个网络表文件。网络表是电路板和电路原理图之间的重要纽带。大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）56.原理图的电气检查当完成原理图布线后，需要设置项目选项来编译当前项目，利用Protel99SE提供的错误检查报告修改原理图。7.编译和调整如果原理图已通过电气检查，那么原理图的设计就完成了。这是对于一般电路设计而言，尤其是较大的项目，通常需要对电路的多次修改才能够通过电气检查。8.存盘和报表输出Protel99SE提供了利用各种报表工具生成的报表（如网络表、组件清单等），同时可以对设计好的原理图和各种报表进行存盘和输出打印，为印刷板电路的设计做好准备。第二节原理图的设计环境一．进入原理图设计环境在画原理图之前首先应进入原理图设计系统。1.新创建一个设计文件或打开一个已有的设计文件。2.打开数据库文件夹。3.选择［Ｆile］/[New]命令，会出现［NewDocument］选择文件类型对话框，如图２－１所示单击图标，单击OK按钮即可完成新的原理图。大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）6图２－１选择文件类型对话框二．编辑原理图示例大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）7第三章电路板设计环境第一节设计电路板基础前面已经学习了如何设计原理图，设计原理图就为设计电路板图提供了基础，那么该如何设计电路板呢？一．自动布线法1.使用原理图编辑器设计原理图，进行电气检查并生成原理图的网络表。2.进入电路板环境，使用电路向导确定电路板的层数‘尺寸等电路板参数。3.使用Design/Netlist菜单，调入网络表，这时最容易出现网络表中的封装和元件库中元件封装不符合的错误。4.布置元件，就是将元件合理的分布在电路板上，自动布置元件或人工布置元件。5.设置自动布线规则，自动布线。二．人工布线法1.人工确定电路板的层面和尺寸。2.人工放置元件的封装和布置元件的封装，根据原理图，直接使用Place/interactiveRouting菜单人工布线。第二节电路板的设计环境一．进入电路板设计环境的方法有很多种：1.在设计管理器窗口，选择File/NewDesign菜单，新建设计数据库，再选择File/New菜单建立电路板文件（PCBDocument），然后双击该新建的电路板文件，就进入了电路板设计环境。2.在原理图设计窗口选择File/New菜单，建立电路板文件(PCBDocument),然后双击该新建的电路板文件，也可以进入电路板设计环境。3.选择File/New菜单，使用电路板向导，进入电路板设计环境。4.在原理图设计窗口使用Design/UpdatePCB进入电路板设计环境。图3-1所示的是电路板板层切换标签，用鼠标点击，用小键盘上的+、-、*均可切换板层。电路板设计环境如图3-2所示，在图的右侧是电路板设计窗口，左侧是设计管大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）8理器和电路板管理器。图3-1板层切换标签图3-2电路板设计环境二．在电路板设计环境中需要对电路板层和栅格进行设置，使用Design/Options菜单命令，如图3-3所示，在Layers页面中可以对正在使用的板层进行设置。1.SignalLayers:信号层。Protel99SE设计的电路板有32个信号层，其中Top是顶层，Mid是中间层，Bottom是底层。2.mechanicallayers:机械层。共有16个机械层，机械层用于放置各种指示和说明性文字，例如，电路板尺寸。大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）93.Silkscreen:丝网层。丝网层有2层层叠叠用于印刷标识元件的名称。4.Keepout:禁止布线层。该层设置布线范围和电路板尺寸。5.MultiLayer:穿透层。该层放置所有穿透式焊盘和过孔。在Options页面可以对如下内容进行设置（1）Grids:用于设置栅格的间距和形状。SnapX:设置捕捉栅格X方向的尺寸。SnapY：设置捕捉栅格Y方向的尺寸。ComponentX：设置元件放置时使用的X方向栅格尺寸。ComponentY：设置元件放置时使用的Y方向栅格尺寸。（2）ElectricalGrid:电气栅格。若选择该复选框，则具有电气捕捉栅格功能。Range:设置吸引距离。VisibleKind:选择可视栅格的种类。(3)MeasurementUint:切换测量单位。Metric:公制，单位为mm.1mm=40mil。Imperial:英制，单位为mil.1mil=0.0254mm。图3-3La大庆石油学院应用技术学院专科生毕业设计（论文）10第四章人工画电路板第一节定义电路板实际设计电路板的过程中，经常要直接定义电路板。定义电路板主要是定义使用的板层和电路板的大小。例如要设计一个主要使用插针元件的双面板，需要如下步骤：1.设置电路板层。首先建立设计数据库，使用File/New菜单,建立新的电路板文件，这样建立的电路板文件具有如下板层的双层板。SilkScreen(TopOverlay):丝网层。SolderMask(Top/Bottom):阻焊层。PasteMask(Top/Bottom):锡膏层。Top:顶层是元件面。Bottom:底层是焊接面。DrillGuide(DrillDrawing):钻孔层。KeepOutLayer:禁止布线层，用于设置电路板边缘。MechanicalLayer1:机械层用于放置电