Protel电路设计教程

Protel电路设计教程辅助学习材料江思敏，陈明清华大学出版社清华大学出版社Protel电路设计教程学习内容PCB设计基础知识Protel软件介绍Protel原理电路图设计ProtelPCB布局和布线Protel电路仿真Protel信号完整性分析清华大学出版社Protel电路设计教程第1讲PCB设计基础知识PCB的设计就是将设计的电路在一块板上实现。一块PCB板上不但要包含所有必须的电路，而且还应该具有合适的元件选择、元件的信号速度、材料、温度范围、电源的电压范围以及制造公差等信息，一块设计出来的PCB必须能够制造出来，所以PCB的设计除了满足功能要求外，还要求满足制造工艺要求以及装配要求。清华大学出版社Protel电路设计教程1.PCB设计流程设计要求和规范生成系统组成结构框图功能分解绘制原理图创建元件库原理图仿真确定PCB的尺寸和结构元件布局确定设计布线规则进行PCB布线设计规则检查和调整时序和信号完整性分析生成制造文件PCB的制造和装配PCB产品的测试清华大学出版社Protel电路设计教程2.PCB制造材料PCB的信号传导层材料：铜箔铜箔通过加热和压力作用下粘接在衬底层上。铜箔层的厚度通常由其每平方英尺的重量来指定，常用的有1或2盎司规格，其他规格的铜箔材料有0.25、0.5、3和4盎司等类型。1盎司铜的厚度大约为0.035mm±0.002mm。选择那种铜箔主要根据它的电阻系数清华大学出版社Protel电路设计教程2.PCB制造材料不同重量的铜电阻系数和铜箔宽度的关系铜的重量0.5盎司1盎司2盎司3盎司20℃70℃0.11.010铜箔的宽度（mm）电阻系数（mΩ/cm）100101.00.1清华大学出版社Protel电路设计教程2.PCB制造材料绝缘层材料：环氧树脂玻璃和酚醛纸酚醛纸是一种更加便宜的并且容易冲孔的材料，因此它的主要应用在高产量的非关键性的场合。酚醛纸的电气特性比环氧树脂玻璃的要差、机械性能比较脆、较差的工作温度范围、很容易吸收水分并且不适合通孔的涂层结构。环氧树脂玻璃布可以有效地应用于通孔涂层和多层板。如果对机械和电器特性有较高要求时，它也可以用于简单结构。环氧树脂玻璃具有很好的尺寸稳定性，具有比酚醛纸更好的机械特性，但是成本要高一些，因为它必须钻孔，而不能实现冲孔。清华大学出版社Protel电路设计教程2.PCB制造材料一些常用的PCB材料特性和选择规范r材料表面电阻（mΩ）介电常数绝缘强度（kV/mil）温度补偿系数（x-yppm/˚C）最高温度（˚C）标准的FR4最小为1×104最大为5.4,典型值4.6–4.9最小为1.013–16110–150FR408(高质量)1×1063.81.413180环氧树脂-芳族聚酰胺(适用于更小的走线间距离)5×1063.81.610180聚酰亚胺3.43.820300聚酯3.03.427105清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构一个普通的PCB板由镀铜的树脂玻璃材料或一层铜箔与树脂材料（介电层）粘接在一起铜层介电绝缘层铜层清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构(1)铜箔铜箔是一薄层的铜（如图0-5所示），放置在介电填充材料之间并且和介电填充材料粘接在一起。铜箔清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构(2)铜镀层铜镀层主要用于板的外层，并且当对板上的钻孔的孔壁进行镀铜层时，也为板上的铜提供了额外的铜层。铜箔铜镀层介电绝缘层蚀刻的铜箔蚀刻的铜镀层介电绝缘层清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构(3)焊锡流焊锡流是将焊锡铺在板的裸露铜表面的工艺，有助于后面装配元件时的焊接，并保护铜放置被氧化。铜箔层铜镀层介电绝缘层焊锡流清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构(4)阻焊层阻焊层可以防止焊锡附着在上面。可以保护铜层放置被氧化。阻焊层可以去绝缘作用，即铺了阻焊层的走线与外界可以实现绝缘。(5)走线PCB上的走线实际上就是信号导线。它提供了相同的传输电信号的功能，它的两端一般于PCB上的元件的引脚相连接。铜走线介电绝缘层阻焊层清华大学出版社Protel电路设计教程3.PCB板的结构(6)焊盘一个焊盘可以有几种不同的形状和类型，最常用的两种焊盘类型为表贴元件安装的镀锡焊盘和通孔镀锡焊盘。元件引脚阻焊层焊锡流铜镀层铜箔粘接层焊锡流清华大学出版社Protel电路设计教程4.PCB的走线配置设计PCB时，有两种基本的走线配置：微带走线（Microstrip）和带状走线（Stripline）。顶层地平面电源平面地平面电源平面底层信号层信号层内层芯电介质电介质电介质内层芯内层芯内层芯带状走线微带走线清华大学出版社Protel电路设计教程5.PCB设计和电磁兼容PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。在PCB设计中，元件的选择和电路设计是影响板级电磁兼容性性能的主要因素。元件的布局对PCB的电磁兼容性具有重要的影响（数字电路、模拟电路以及电源电路的元件布局）清华大学出版社Protel电路设计教程第2讲Protel软件介绍Protel2004构建于一整套板级设计及实现特性上，其中包括原理图设计、印制电路板设计、混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析、规则驱动PCB布局与编辑、改进型拓扑自动布线及全部计算机辅助制造（CAM）输出能力。Protel2004支持FPGA及其它可编程器件设计及其在PCB上的集成。清华大学出版社Protel电路设计教程1.Protel2004绘图环境Protel2004主界面工作区面板，点击其可以弹出相应的工作界面工作区面板按钮，点击其可以弹出相应的工作界面或快捷菜单工作区，点击对应的选择项可快速启动该功能文件工作区面板清华大学出版社Protel电路设计教程1.Protel2004绘图环境新建文件菜单介绍清华大学出版社Protel电路设计教程2.设置Protel2004系统参数执行系统的“Preferences”命令进行系统参数设置。在系统参数对话框的系统设置选项中设定系统参数。清华大学出版社Protel电路设计教程3.Protel2004的原理图编辑模块原理图设计编辑模块是Protel2004主要功能模块之一。原理图是电路设计的开始，是一个用户设计目标的原理实现，图形主要由电子组件和线路组成。原理图是由Schematic模块生成的。Schematic模块具有如下特点：支持多通道设计丰富而又灵活的编辑功能强大的设计自动化功能在线库编辑及完善的库管理电路信号仿真清华大学出版社Protel电路设计教程3.Protel2004的原理图编辑模块Protel2004的原理图编辑环境项目文件导航原理图编辑区文件标签清华大学出版社Protel电路设计教程4.Protel2004的PCB模块印制电路板（PCB）是由原理图到制板的桥梁，设计了原理图后，需要根据原理图生成印制电路板，这样就可以制作电路板。PCB模块具有如下主要特点：32位的EDA系统丰富而又灵活的编辑功能强大的自动化布线功能在线式库编辑及完善的库管理完备的输出系统清华大学出版社Protel电路设计教程4.Protel2004的PCB模块Protel2004的PCB设计环境项目文件导航PCB布局布线清华大学出版社Protel电路设计教程5.Protel2004文件管理当用户启动Protel2004后，可以单击File菜单上的New命令，从New子菜单中可以选择建立目标文件，包括PCB、Schematic、FPGA、VHDL以及相关的库（Library）文件。Protel2004的文件类型文件后缀名文件对象文件后缀名文件对象.SchDoc原理图文件.SchLib原理图的库文件.PcbDoc印制板文件.PcbLib印制板的库文件.PrjPCB板级设计项目文件.PCB3DLib印制板三维库文件.PrjFpgFPGA设计项目文件.Cam辅助制造工艺文件.VhdVHDL设计文件.Txt纯文本文件.PrjEmb嵌入式项目文件.LibPkg集成库文件清华大学出版社Protel电路设计教程6.设置和编译项目建立新的Protel2004项目后，一般可以对其选项进行设置，包括错误检查规则、连接矩阵、比较设置、ECO（工程变化顺序）生成、输出路径和网络表选项，用户也可以指定任何项目规则。所有与项目有关的操作，如错误检查、比较文件和ECO生成均在OptionsforProject对话框中设置。执行Project→ProjectOptions命令，系统将弹出OptionsforProject对话框清华大学出版社Protel电路设计教程6.设置和编译项目OptionsforProject对话框清华大学出版社Protel电路设计教程6.设置和编译项目编译项目。编译一个项目就是在一个调试环境中，检查设计的文档草图和电气规则错误。对于电气规则和错误检测等可以在项目选项中设置。编译项目的操作步骤如下：打开需要编译的项目，然后选择Project→CompilePCBProject命令。当项目被编译时，任何已经启动的错误均将显示在设计窗口下部的Messages面板中。被编辑的文件与同级的文件、元件和列出的网络以及一个能浏览的连接模型一起显示在Compiled面板中，并且以列表方式显示。如果电路绘制正确，Messages面板不会有错误报告。如果报告给出错误，则需要检查电路，并确认所有的导线和连接是正确的。清华大学出版社Protel电路设计教程第3讲Protel原理电路图设计电路原理图的设计步骤启动Protel2004电路原理图编辑器设置原理图图纸大小及版面在图纸上放置原理图的元件对所放置的元件进行布局连线对走线后的元件进行调整保存设计绘制的原理图清华大学出版社Protel电路设计教程1.新建原理图文件执行File→New→Schematic命令，系统将创建一个原理图文件。清华大学出版社Protel电路设计教程2.将原理图添加到项目中执行Project→AddExistingtoProject菜单命令，即可以选择已有的原理图文件，并且可直接添加到项目中。用户还可以直接从Project菜单或右键菜单中选择Project→AddNewtoProject命令，向项目添加新的文件，如原理图、PCB等。如果想添加到一个项目文件中的原理图图样已经作为自由文件夹被打开，那么在Projects面板上，使用鼠标直接将需要添加的文件拖到目标项目即可。清华大学出版社Protel电路设计教程3.设置图纸选择Design→DocumentOptions命令，系统将弹出DocumentOptions对话框，在其中选择SheetOptions选项卡进行图纸设置。清华大学出版社Protel电路设计教程4.电路原理图设计元件库管理浏览元件库执行Design→BrowseLibrary命令，系统将弹出元件库管理器。在元件库管理器中，用户可以进行装载新的元件库、查找元件、放置元件等操作。装载元件库直接执行Design→Add/RemoveLibrary命令，或者单击元件库管理器中的Libraries按钮，系统将弹出“装载/卸载元件库”对话框，通过此对话框就可以装载或卸载元件库。清华大学出版社Protel电路设计教程4.电路原理图设计放置元件通过菜单命令Place→Part或直接单击布线工具栏上的按钮，打开“PlacePart（放置元件）”对话框。另外一种选取元件的方法是直接从元件库管理器的元件列表中选取。清华大学出版社Protel电路设计教程4.电路原理图设计编辑元件编辑元件属性在元件属性（ComponentProperties）对话框中设置元件的属性，包括流水号、注释、图形信息等。设置元件的封装元件封装主要用于PCB的设计。但是在原理图中必须设定好元件所对应的封装，这样才能正确加载到PCB中。设置仿真属性如果要进行电路信号仿真的话，那么还需要具有仿真