教程 第10章 基础PCB设计

2第10章基础PCB设计内容提示：本章中对使用PCB编辑器进行PCB设计的过程做基本的介绍，涉及规划电路板、引入网络表、元件布局、自动布线、设计规则的检查以及结果输出等步骤中的基本操作。本章内容是进行PCB设计的基础，主要让读者熟悉PCB的设计环境、PCB设计的一般流程以及设计过程中的基本操作，为后面深入学习PCB设计技巧打下良好的基础。学习要点：规划电路板引入网络表元件的手工布局PCB的自动布线进行DRC检查使用绘图工具修饰电路板电路板的打印输出310.1规划电路板下面就具体介绍一下其操作过程。(1)新建一个PCB文件并打开。(2)用鼠标左键单击放置对象工具栏中的按钮，对应选择Edit→Origin→Set命令，用于在工作区设置相对原点，此时光标变为十字形，如图10.1所示，选择工作区的某一点，单击鼠标左键，即可将相对原点设于该点，之后的坐标都会以这一点为基准进行显示，这样可以方便PCB的设计。(3)用鼠标左键单击工作区下方的板层切换按钮中的KeepOutLayer按钮，将禁止布线层设置为当前层，如图10.2所示。410.1规划电路板(4)用鼠标左键单击放置对象工具栏上的按钮，对应于选择Place→KeepOut→Track命令，用来绘制电气边框，此时光标变为十字形，通过单击鼠标左键确定边框线的一端，然后单击鼠标左键确定另一端，即可绘制出一条边框线，如此绘制一个矩形区域作为电气边界，如图10.3所示。(5)单击鼠标右键，退出绘制边框线状态。这样就确定好了PCB的电气范围。510.2由原理图生成PCB在一般的设计中会首先进行电路原理图的设计，然后以原理图为基础进行PCB的设计。在Protel99SE中由设计好的原理图生成PCB文件有两种途径：①直接在原理图中更新PCB文件；②通过引入网络表生成PCB。下面分别进行介绍。610.2.1由原理图直接生成PCBProtel99SE支持在原理图中直接进行PCB文件的更新，这是Protel99SE的新功能。下面就对其具体步骤进行介绍。(1)首先打开设计好的原理图文件，如图10.4所示。(2)选择Design→UpdatePCB菜单命令，如图10.5所示。(3)此时会打开如图10.6所示的对话框，在这里进行原理图和PCB文件的同步设置，通过建立同步关系，可以实现原理图和PCB文件之间的相互更新，既可以通过修改原理图直接对PCB电路进行相应的修改，也可按照PCB文件中的修改更新原理图文件。710.2.1由原理图直接生成PCB(4)设置好原理图与PCB文件的同步选项后可以用鼠标左键单击对话框左下角的PreviewChanges按钮，打开如图10.8所示的预览PCB更改对话框。在该对话框中列出了将会对目标PCB文件所作的各种修改。如选中Onlyshowerrors复选框则仅会显示存在错误的条目。可以通过单击Report按钮生成同步设置报表文件，如图10.9所示。(5)用鼠标左键单击Execute按钮，即可将原理图中的元件及其连接关系引入PCB文件中，如图10.10所示。810.2.2引入网络表下面就来具体地介绍一下其操作步骤。(1)新建一个PCB文件并打开。(2)选择Design→LoadNets菜单命令，如图10.11所示，这时会打开如图10.12所示的加载网络表设置对话框。(3)用鼠标左键单击Browse按钮，打开如图10.13所示的网络表文件选择对话框。910.2.2引入网络表(4)选择要加载的网络表文件，单击OK按钮，回到加载网络表设置对话框，如图10.14所示，可以看到所选网络表会将当前PCB文件所作的修改列在对话框中。(5)用鼠标左键单击Execute按钮即可将所选网络表加载，结果如图10.15所示。1010.2.3常见错误和警告如图10.16所示，开始在PCB中加载网络表时，经常会遇到很多错误，主要有以下几种。1．Error：Footprint***notfoundinLibrary发生此错误的原因是由于在原理图中没有为元件指定封装形式，或是所指定的封装在当前加载的封装信息库中没有定义。2．Warning：Alternativefootprint***发生该错误的原因是系统在加载元件封装时在库中没有发现相应的定义，但发现了此元件可选的其他封装形式，并进行了替换。3．Error：Componentnotfound发生此错误的原因是由于前面的错误使得元件没有加入网络宏中，所以在加入网络时显示了元件没有找到的错误，一般在改正了前面的元件封装问题之后，这里的错误也会随之被修正。1110.2.4网络表的管理对网络表文件不能直接进行修改。要对网络表进行修改，一是修改原理图中的相应设置，然后重新生成网络表，二是在加载时对具体条目进行修改。用鼠标左键双击加载的条目，可以打开如图10.22所示的宏命令修改对话框，在这里可以修改由网络表生成的宏命令的类型及其参数。1210.3元件布局加载网络表并完全正确后，PCB中就有了与原理图中相对应的各个元件，同时，各个元件之间的电气连接关系也根据原理图的定义用飞线表示出来，如图10.28所示。1310.3.1元件的选取和移动在对元件布局时，一般先按功能模块对整体进行规划，然后将相互之间联系最紧密的元件尽量靠近，从而方便布线，并易使连线缩短。在这一过程中，免不了要频繁进行元件的选取和移动。在PCB中，元件的选取和移动操作同原理图中类似，下面就进行具体的介绍。1．选取对象(1)通过主工具栏按钮(2)通过菜单命令(3)使用键盘快捷键(4)通过设置对象属性2．移动对象(1)拖动单个元件(2)拖动多个对象(3)使用主工具栏按钮(4)通过执行菜单命令(5)使用键盘快捷键1410.3.2对齐元件PCB最终是要制作出来的，出于美观的考虑，也需要元件的放置要尽量整齐。为满足这种需求，Protel99SE的PCB设计器提供了多种元件排列命令，在Tools→InteractivePlacement菜单下，如图10.42所示。此外Protel99SE还专门提供了元件排列工具栏，如图10.43所示。1510.4自动布线调整好布局后，就可以进行PCB的布线了。这里仅对PCB的自动布线功能进行一些简单介绍。对于元件比较少、连接关系不复杂的PCB应用，使用默认的自动布线功能就能够很轻松地完成。具体操作过程如下。(1)选择AutoRoute→All菜单命令，如图10.49所示，打开如图10.50所示的自动布线设置对话框。(2)对自动布线的选项进行设置。(3)设置好自动布线参数，单击RouteAll按钮，开始布线。布线结果如图10.52所示。1610.5设计规则检查对PCB进行布线后，可以应用Protel99SE提供的设计规则检查(DesignRuleCheck，DRC)功能对其进行检查，该功能可以确定设计是否满足设计规则。DRC可以测试各种违反走线的情况，如安全错误、未走线网络、线宽冲突等。在电路不很复杂的时候，主要是检查是否有未连接的引脚以及是否有冲突等，从而避免一些疏忽导致的错误，提高PCB的正确性。1710.5.1检查选项设置如图10.53所示，执行Tools→DesignRuleCheck菜单命令，打开如图10.54所示的检查选项设置对话框。其中各选项含义如下。(1)RoutingRules选项组(2)ManufacturingRules选项组(3)HighSpeedRules选项组(4)SignalIntegrityRules选项组(5)PlacementRules选项组(6)Options选项组1810.5.2运行DRC设置好需要进行检查的内容，用鼠标左键单击RunDRC按钮，开始进行规则检查。检查结束后会生成一个报表文件，如图10.56所示。其中记录了运行DRC的参数以及检查到的冲突信息。1910.6使用绘图工具10.6.1放置工具栏同原理图设计类似，在PCB编辑器中也提供了绘图工具，用户可以应用这些工具在PCB图中放置一些说明性的符号，便于对PCB的理解。如图10.57所示。2010.6.2放置字符串在绘制PCB时，经常要在板上放置一些文字，作为说明或注释。放置字符串的步骤如下。(1)用鼠标左键单击放置工具栏中的按钮，或执行Place→String菜单命令，此时光标变为十字形，并带有一个即将放置的字符串。(2)在适当位置单击鼠标左键，即可放置一个字符串，如图10.58所示。(3)此时光标仍然处于放置字符串状态，可以继续放置下一个字符串。(4)单击鼠标右键或按键盘上的Esc键，结束或取消放置。2110.6.3放置坐标在PCB中可以放置某一点的坐标值，其操作步骤如下。(1)用鼠标左键单击放置工具栏中的按钮，或执行Place→Coordinate菜单命令，此时光标变为十字形，并带有光标当前位置的坐标值。(2)在适当位置单击鼠标左键，即可放置坐标对象，如图10.60所示。(3)此时光标仍然处于放置字符串状态，可以继续放置下一个坐标。(4)单击鼠标右键或按键盘上的Esc键，结束或取消放置。2210.6.4放置尺寸标注在PCB中还可以放置尺寸标注，方便电路板的制作，其操作步骤如下。(1)用鼠标左键单击放置工具栏中的按钮，或选择Place→Dimension菜单命令，此时光标变为十字形，并带有尺寸标注符号。(2)在适当位置单击鼠标左键，确定尺寸标注的一个点。(3)拖动鼠标到下一个点，此时会出现两个点之间的距离标注，单击鼠标左键确定第二点，如图10.62所示。(4)此时光标仍然处于放置尺寸标注状态，可以继续放置下一个尺寸标注。(5)单击鼠标右键或按键盘上的Esc键，结束或取消放置。2310.6.5绘制圆和圆弧在PCB编辑器中提供了多种绘制圆弧的方法，分别介绍如下。1．边缘法边缘法是通过圆弧上的起点和终点来确定圆弧的方法2．中心法中心法是通过确定圆弧的圆心、起点和终点来绘制圆弧的方法3．角度旋转法角度旋转法是通过依次确定圆弧的起点、圆心和终点来绘制圆弧的方法4．绘制圆Protel99SE的PCB编辑器还提供了直接绘制圆的工具2410.7电路板图的输出10.7.1PCB图的三维查看Protel99SE提供电路板的三维立体查看功能，使用该功能可以显示PCB板的三维立体效果，给设计者提供一定的参考。用鼠标左键单击主工具栏上的按钮，或选择View→BoardIn3D菜单命令，即可生成当前PCB文件的三维效果图，如图10.70所示。2510.7.2PCB文件的导出具体导出过程如下。选择File→Export菜单命令，如图10.71所示，打开ExportFile(导出文件)对话框，在该对话框中选择保存路径，输入PCB文件的名称，选择保存类型，用鼠标左键单击OK按钮，如图10.72所示，即可将PCB文件导出到指定的位置。2610.7.3打印输出完成PCB的设计后，还可以将页面打印出来，便于在焊接元件以及电路检查时对照，其过程如下。选择File→Print/Preview菜单命令，进入如图10.73所示的打印预览界面，此时选择File→SetupPrinter命令，会打开如图10.74所示的打印机设置对话框，设置好打印机的各个参数，单击OK按钮，即可开始打印。2710.8本章小结本章中介绍了PCB设计的一般过程以及一些基本操作，通过本章的学习，读者应该熟悉PCB的设计环境，同时能够进行简单PCB板的制作。在本章中对网络表的引入以及元件的手工布局是PCB设计中经常要涉及的，希望读者能够熟练掌握。对于自动布线以及设计规则的设置技巧，会在后面的章节中进行更深入的介绍，这里仅对其进行了基本的介绍。