第7章印刷电路板设计技术

第7章印刷电路板设计技术7.1印制电路板设计流程•启动PCB编辑器。电路板的设计工作全部在PCB编辑器中实现。•规划电路板。例如电路板的物理尺寸，几层电路板（单面板还是双面板），各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这一步是确定电路板设计的框架。•设置工作环境参数，加载元件库封装。•装入网络表及元件封装。若前面没有生成网络表，则可以用手工的方法放置元件。封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。•元件的布局（可分为手动和自动两种）。将元件放置在电路板的合适位置。•布线（可分为手动和自动两种）。即完成元件之间的电路连接。在布线之前，一般要设定好设计规则。7.2启动PCB编辑器菜单File----New，打开新建文件对话框。选取PCBDocument图标，单击“OK”按钮，或双击该图标创建一个新的PCB文件，新建的PCB文件名默认为“PCB1”，这个文件位于当前的设计库中，此时用户可重新命名。7.3电路板边界规划•电路板的边界一般是指在禁止布线层的电气边界。•单击编辑区下方的KeepOutLayer标签，将禁止布线层设置为当前工作层。•菜单Place--Keepout--Track，或图标…•建立如图所示边界。此边界也是电路板的实际尺寸，以后的元件布置均在此边界内部。电路板边界规划•交互式布线，在信号层内可实现焊盘的电气连接，同时布线时还遵守设定好的布线规则；在禁止布线层可绘制电路板边界。即根据所处层不同，绘制出的内容具有不同的含义。•连线，一般用于非电气层上（用于电气层上时，不遵守布线规则）。根据所处层不同，绘制出的内容具有不同的含义。•二者在放置时可按动Space键或Shift+Space键改变走线方向，其中后者改变的方式更多。二者的区别7.4装入元件封装及网络表•在装入网络表及元件封装之前，应该先将所用到的元件封装库装入到PCB编辑器中，类似于画原理图时装入元件库。若没有装入相应的元件封装库，装入网络表时会提示装入过程有误。•步骤：1、设计管理器→“BrowsePCB”。2、“Browse”浏览栏→“Libraries”3、“Add/Remove（添加/删除）”按钮，将弹出添加/删除库文件的对话框。或执行“Design----Add\RemoveLibrary”命令实现。装入元件封装及网络表•在Protel99SE中提供了大量元件封装，这些元件封装都分门别类地存放在不同的元件封装库中。•元件封装库的存放路径是C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb•在Pcb文件夹下包含3个文件夹，其中：•Connectors文件夹：主要存放各种连接件的元件封装库；•GenericFootprints文件夹：存放各种常用的元件封装库；•IPCFootprints文件夹：存放各种表贴式元件封装库。•元件封装库的扩展名是.ddb。装入元件封装及网络表•选择库文件（位于\DesignExplorer99SE\Library\PCB\GenericFootPrints）。过程与画原理图时装入元件库的步骤一样。•比较常用的元件封装库有Miscellaneous.ddb、Advpcb.ddb、GeneralIC.ddb。装入元件封装及网络表•单击“Browse按钮，便可进入浏览封装库元件对话框。或菜单“Design----BrowseComponents”。在对话框中可以查看元件封装的类别和形状等。•Libraries：选择已装入的元件封装库。单击右边的下拉式按钮便会看到所添加的元件封装库，可选择浏览。•“Edit”对选中的元件进行编辑，“Place”将选中的元件放置到电路板上。预览区放大缩小装入元件封装及网络表•网络表应该包括电路原理图中的所有元件，而且元件均指定了管脚封装。•装入网络表的方法：菜单Design----LoadNets，系统会弹出装入网络表对话框。•在“NetlistFile”框中直接输入网络表文件名。或单击对话框中的“Browse…”。单击“Browse…”按钮时弹出的选择网络表文件选择对话框，网络表文件的扩展名为“ＮＥＴ”。装入元件封装及网络表•如果没有设定封装形式，或者封装形式不匹配，则在装入网络表时，会在列表框中显示错误信息，这将不能正确装入该元件。这时最好返回电路原理图，修改该元件的属性或电路连接，再重新生成网络表，然后切换到PCB文件中进行操作。按Execute装入网络表装入元件封装及网络表•无论网络表有无错误，均可以强制装入网络表（即使有错误，也可以在PCB设计环境下修改）。右图为装入正确的网络表后的PCB图，暗绿色显示的是飞线。7.5元件布局•自动布局：必须先定义电路板的边界，否则无法自动布局。•菜单Tools----AutoPlacement----AutoPlacer…将弹出对话框。ClusterPlacer（成组布局方式）：根据元件的连通性分组，然后按照几何关系在布局区域内放置元件组。一般适合于元件数量较少（少于100）的PCB制作。两种自动布局方式元件布局•StatisticalPlacer：根据统计算法来放置元件，使元件间用最短的导线连接。一般适合元件数目较多（大于100）的PCB制作。GroupComponents：将关系密切的元件合并为一组，布局时作为一个整体。RotateComponents：布局时可以将元件旋转。元件布局•自动布局结束后，考虑到散热、抗电磁干扰、强弱电分开等因素，一般要进行手动调整。•单击并拖动某元件可调整其位置。此时支持Space键调整方向，Tab键修改属性。•按住Shift键，单击多个元件，即可使这些元件处于选取状态，被选取的元件呈现高亮度。单击并拖动可调整多个元件的位置。•按住鼠标左键并保持，移动鼠标，拉出一个框，当这个框包围了所要选取的元件时，松开鼠标左键即可选取框内的元件。只有整体在框内的元件才会被选取。元件布局—对齐元件•ComponentPlacement（元件布置）工具栏或菜单Tools----InteractivePlacement。只有对选中的元件操作才有效元件布局—对齐元件•Align菜单：弹出对齐元件对话框，该对话框列出了多种对齐的方式。该命令也可以在工具栏上选择图标。•左边“Horizontal”区域是水平对齐的各种方式，右边“Vertical”区域是垂直对齐的各种方式。7.6设置布线规则布线：一般说来，用户先对电路板布线提出某些要求，然后按照这些要求来预置布线设计规则。设置完布线规则后，系统将依据这些规则进行自动布线。最后可以手动调整。设置自动布线设计规则：菜单Design----Rules。设置布线规则ClearanceConstraint（走线间距约束）：用于设置走线与其他对象之间的最小安全距离。单击，增加新的规则双击该项，直接修改该规则设置布线规则•Rulescope用于指定本规则适用的范围，例如整个电路板、某一层、某个网络等。•RuleAttributes设置最小间距的数值和网络的类型关系。最小间距的数值网络的类型关系设置布线规则RoutingCorners设置布线拐角的样式,操作与前面所述类似：双击选项或单击Add按钮。拐角样式：45度、90度、圆弧拐角的具体值设置布线规则RoutingLayers设置自动布线过程中哪些信号层可以使用。以水平线为主以垂直线为主双面板设置布线规则RoutingLayers设置自动布线过程中哪些信号层可以使用。不指定哪一个为主单面板该层不布线设置布线规则RoutingPriority用来设置布线的优先权，即布线的先后顺序。范围：0-100，0最低，100最高，优先权高的网络先布线可以选择不同的网络设置布线规则WidthasaaConstraint导线宽度：用来设置导线的最大和最小宽度走线的最小、最大和优选宽度值7.7自动布线•布线规则设置完毕，可启动自动布线。AutoRoute菜单…•All整个电路板布线，系统按照布线规则完成所有的布线工作，无需人工干预。•Net指定网络布线，执行该命令后，光标变成十字形状，移动光标到需要布线的网络，并单击鼠标左键，则与该网络连线相连接的所有网络线均被布线。之后可以继续选择其他的网络自动布线。右击鼠标取消布线状态。自动布线•Connection指定两连接点布线，由用户指定某条连线，系统仅对该连线进行自动布线，也就是对两连接点之间进行布线。移动光标到需要布线的连接线，并单击鼠标即可。该连接线布完后，可继续选择其他的连接线。右击鼠标取消布线状态。•Component指定元件，系统仅对与该元件相连的网络进行布线。操作过程类似。自动布线•Area由用户划定区域，系统的自动布线范围仅限于该划定区域内的元件。执行该命令执行后，光标变成十字形状，移动光标到需要布线的元件左上角，并单击鼠标左键，然后拖动鼠标使得出现的矩形框包含需要布线的元件，之后单击鼠标左键，以构造一个布线区域，系统便开始自动对该区域的所有元件及其连接的网络进行布线。•在自动布线的过程中，也可以...终止自动布线重新布线暂停自动布线暂停自动布线后重新开始自动布线自动布线•AutoRoute----All，系统会弹出自动布线设置对话框，一般按照其默认设置即可。•LockAllPre-routes选中时，自动布线器会锁定所有已经布过的线，仅对没有布过的线布线；未选中时，自动布线器会取消所有已经布过的线，并对整个电路重新布线。布线栅格大小启动自动布线自动布线布线前布线后暗绿色为飞线红色和蓝色为布好的线7.8手工调整•自动布线有不尽如人意的地方：例如散热器下方走线，IC芯片引脚间走线，电源线过细，需要添加新的内容等。•撤销已布的线，使相应的线回到飞线状态：Tools----Un-Route，里面的选项与前面所述类似。单击某段已布好的线，并按动Del键也可撤销。手工调整----增加电源线的宽度•Tools----Un-Route----Net，选择VCC和GND网络，撤销已布的线。•DesignsRules-----WidthConstraint走线宽度，再选择Add。•在RuleScope中选择Net。分别选择VCC和GND网络分别修改走线的最小、最大和优选宽度值手工调整----增加电源线的宽度手工调整----增加电源线的输入端•增加电源线的输入端可方便后续接线。•单击C1电容的引脚1，放大，上面会显示其编号和所属网络的名称。地电源所有网络列表的名称该网络内所有元件的引脚Miniviewer：该网络的所有引线手工调整----增加电源线的输入端•放置焊盘。•双击焊盘修改其属性。选择Advanced选项卡，修改其中的Net项，分别改为VCC和GND。多了网络名和飞线手工调整----增加电源线的输入端•交互式布线。•分别选择信号层的底层和顶层，表示要在底层和顶层分别画线。利用交互式布线工具在不同的层上完成连线。•图示点并未连接起来，因为线是在不同的层。•添加过孔，完成连线。7.9导线所在层的修改•放置交互式导线时，在需要改变层时，按下小键盘的*、+或-键，则导线会自动在TopLayer和BottomLayer之间切换，同时自动在切换处生成一个过孔。•放置交互式导线时，在需要改变层时，按下小键盘的*、+或-键，则导线会自动在TopLayer和BottomLayer之间切换，同时自动在切换处生成一个过孔。交互式布线和连线在这里的操作不一样：•交互式布线如前所述。•连线：小键盘的*表示在TopLayer和BottomLayer之间切换，且不会在切换处生成过孔。+或-键表示在所有显示的层间切换。•导线放置完毕后，如果需要修改其所在的层，可以双击该导线，通过Layer选项修改其所在的层。7.10直接在PCB文件中添加元件•有时制作完PCB文件后发现漏掉了某些东西，此时可直接在PCB文件中修改。•选择libraries中的Miscellaneous.lib，双击其中的RAD0.2，放置该元件。再双击该元件的边框，修改其属性。•电容添加完成。直接在