双面印刷电路板设计举例.doc

与绘制简单电路的单面印刷电路板相比，绘制简单电路的双面印刷电路板需要利用Protel PCB 99 SE的几项功能，主要有以下几点：1.使用板框向导绘制板框功能：Protel PCB 99 SE有一个“使用板框向导”绘制板框功能，可以方便地设计所绘电路的板框大小和形式，使用板框向导共有10个步骤，其中只有两个步骤需要修改，其余可用默认值。2.自动布置元件功能：Protel PCB 99 SE 有自动布置元件功能，自动布置元件模式有两种：一种是群集式自动布置元件模式；一种是统计式自动布置元件模式。群集式自动布置元件模式适合元件数比较多的电路，而元件数少于100个的简单电路宜采用统计式自动布置元件模式。3.自动布线功能：Protel PCB 99 SE具有强大而超高品质的自动布线功能，布线迅速、规范、简洁而美观。4.镜向打印铜膜走线功能：Protel PCB 99 SE有一项镜像打印铜膜走线功能，可以为我们打印出完全吻合的两面铜膜走线图。5.业条制作双面板工艺：业余条件下制作双面印刷电路板，用一套特殊的技术，能做出非常精致的双面印刷电路板。下面结合如图1所示的“两级放大电路”例子，讲述如何在业余条件下，制作双面印刷电路板的过程。1.进入SCH电路板设计环境这一步骤在原理图设计中已经学习了，这里把整个过程再过一遍，复习一些比较关键的知识点。在设计数据库文件“两级放大电路.ddb”下创建一个“两级放大电路.Sch”文件，并进入原理图设计编辑环境。单击菜单Design/Options.，将图纸设计成宽550mil，高 400 mil，经适当放大后如图2所示。2.画电路原理图及放置连接头画电路原理图方法不再赘述。一个制作完成的独立单元电路，有时需要与其它电路连接，或需要连接输入、输出信号，可以在电路上放置一个连接头元件。移动设计管理器Browse Sch选项卡下Browse栏中滚动条找到CON4，双击CON4，同时按下键盘上的“X”键，将其水平翻转后放入图纸左下角如图3所示。3.放置网络标号在“两级放大电路.Sch”设计窗口下，单击菜单Place/Net Label (放置网络标号)，鼠标箭头带出一个虚线框(见图4电路输出端)，将其放入两级放大电路的输出、输入端及连接头CON4的2、3两个端点如图4所示。双击电路中输入端网络标记文字，将弹出Net Label对话框如图5所示，在Net栏中输入Ui，单击下方“ok”，放置电路输入端网络标记为Ui；用同样的方法放置连接头CON4的2端网络标记为Ui；用同样的方法放置电路输出端和连接头CON4的3端网络标记为Uo。再将+12V电源标记放置到连接头CON4的1端；将接地标记放置到连接头CON4的4端，完成后的两级放大电路如图6所示。4.编辑元件属性编辑元件属性方法不再赘述。元件属性参阅表1，编辑完成后如图7所示。表1：名 称Lib RefFootprintDesignatorPart Type晶体管NPNTO-5TQ13DG12晶体管NPNTO-5TQ23DG12电阻RES2AXIAL0.6R15k1电阻RES2AXIAL0.6R224k电阻RES2AXIAL0.6R33k电阻RES2AXIAL0.6R41k8电阻RES2AXIAL0.6R55k1电阻RES2AXIAL0.6R624k电阻RES2AXIAL0.6R73k电阻RES2AXIAL0.6R81k电位器POT2VR4Rp1220k电位器POT2VR4Rp2220k电容ELECTR02RB.2/.4C110u电容ELECTR02RB.2/.4C210u电容ELECTR02RB.3/.6C3100u电容ELECTR02RB.2/.4C410u电容ELECTR02RB.3/.6C5100u连接头CON4POWER4J1CON45.重编元件序号如果电路比较复杂，用上述人工编辑元件序号时可能会出现重复、漏编、错编等情况，自动布线时会出错，因此，执行Protel 的自动重编元件序号功能，可以避免差错。在“两级放大电路.Sch”设计窗口下，单击菜单Tools/Annotate，将出现Annotate对话框如图8所示，在Options选项下，单击Annotate Options栏的下拉箭头，在下拉列表中选取All Parts，然后单击下方“ok”按钮，将自动生成“单管放大电路.ERP”文件，同时在打开的“单管放大电路.ERP”文件窗口中可见：重编序号后，电阻R1的序号重编为R9；电阻R5的序号重编为R10，电容C1的序号重编为C6等等。6.执行ERC电气规则检查画电路原理图时可能会发生连线错误、“虚接”、短路等与Protel电气规则冲突的地方，执行ERC电气规则检查后，如果发现有问题，Protel系统会以警告和错误文字提示，并在电路的错误处以红色圆圈打叉标示。在“两级放大电路.Sch”窗口下，单击菜单Tools/ERC，将出现Setup Electrical Rule Check对话框如图9所示，使用Protel的默认值，直接单击下方“ok”按钮，将自动生成“单管放大电路. ERC”文件，在打开的“两级放大电路.ERC”文件窗口如图10所示，图中显示没有任何错误。如果有错误，必须排除后才能进入下一步操作。(读者可以故意将原理图中+12V电源移开，再执行ERC电气规则检查，看结果怎样。)7.创建网络表网络表是自动布线的灵魂，是Sch内容到PCB内容的中介桥梁。在“两级放大电路.Sch”窗口下，单击菜单Design/Create Netlist，将出现Netlist Creation对话框，使用默认值，单击下方“ok”，将自动生成“单管放大电路.NET”文件，在打开的“两级放大电路.NET”文件窗口中，可以看到网络表的元件申明和网络定义两部分内容。8.利用板框向导绘制板框Protel PCB 99 SE提供了一个板框向导来协助我们自动地创建一个PCB板框，在创建流程中，我们可以根据需要输入设置数据，包括板框的样式、尺寸、层数、铜膜走线直径、导孔是否电镀等，最终得到一块符合要求的板框，具体操作如下：在“两级放大电路.Sch”设计窗口下，单击菜单File/New，将出现New Document窗口如图11所示。将New Document窗口切换到Wizards选项卡下，单击Printed Circuit Board Wizard图标，再单击“ok”按钮。首先出现Board Wizard板框向导对话框(1)如图12所示：图中文字是一些简单介绍，单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(2)：选中Units栏中的Imperrial单选按钮将使用英制单位mil，选中Metric单选按钮将使用公制单位mm，另外下方共给出10种标准电路板样板可供专业用户选择，我们是制作普通电路板，对该对话框，我们选择默认设置，单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(3)：可供我们选择板框外观和大小尺寸，现根据我们要制作的两级放大电路的元件数量，估计需要一块宽4500mil，高3500mil的板框，在文本框中输入对应数据，并将下方5个复选框的选勾去除，其它都用默认值，然后单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(4)：图中显示了上一级设置的板框尺寸，如果需要修改可以在尺寸框中重新输入数据，不修改则单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(5)：这是一个设置使用几层板层设计的对话框，我们直接使用默认的Two Layer-Platel Through Hole，这是制作双面板加上电镀导孔的板框设置选项，单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(6)：这是一个设置导孔形式的对话框，使用默认穿透式导孔Thruhole Vias only，直接单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(7)：这是一个选择电路板元件形式的对话框，The board has mostly下有两个选项，如大多数为贴片元件则单选Surface-mount components，我们所用元件均为针脚式，所以选Through hole Component，单选该按钮后，下方Number of tracks between adjacent pads栏下又出现3个选项，我们单选管脚间只通过一条铜膜走线(One Track)，再单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(8)：这是一个设置电路板上铜膜性质的对话框，在文本框中可以设置铜膜走线的最低宽度；设置导孔铜膜直径的最低宽度；设置导孔上钻孔直径的最低尺寸和设置相邻走线间距的最低宽度。此处，我们暂用默认值，单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(9)：这是一个询问是否要保存为一个样板设置的对话框，直接单击下方“Next”按钮，进入下一级；下一级板框向导对话框(10)：这个对话框告诉我们已经完成了整个板框的设置流程，单击下方“Finish”按钮，结束板框向导设置，系统将自动打开一个名为“PCB1.PCB”的电路板文件窗口，右击左边设计管理器下的“PCB1.PCB”文件，在弹出的下拉列表中选取“Rename”项，将文件名改为“两级放大电路.PCB”如图13所示。9.修改晶体管管脚排列次序前面表1中，晶体管的封装形式Footprint栏我们填了TO-5T，而Protel PCB Footprints.lib文件的元件封装列表中只有TO-5，且TO-5晶体管封装形式的管脚排列又和实际的晶体管3DG12管脚排列不一致，如图14所示。如果将晶体管的封装形式Footprint栏填TO-5，将会造成自动布线错误，因此，我们要修改晶体管管脚排列次序，并将修改后的晶体管封装形式命名为TO-5T，具体操作如下：(1).在Protel 99 SE基本界面下，单击菜单File/Open，将出现Open Design Database对话框，单击搜寻栏右边下拉箭头，按路径C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric Footprints找到Advpcb.Ddb文件，如图15所示。(2).双击Advpcb.Ddb文件，将打开PCB Footprints.Lib文件窗口如图16所示。(3).将左上角设计管理器切换到Browse PCBLIB栏目下，向下拉滚动条找到TO-5，双击TO-5，将其加载到PCB Footprints.Lib文件窗口中如图17所示。(4).单击菜单Edit/Copy Component，将TO-5复制到Windows剪贴板中。(5).单击菜单Edit/Paste Component，在左侧Browse PCBLIB栏目下的Components窗口下的TO-5下方多了一个TO-5-DUPLIATE元件，如图18所示。(6).选中TO-5-DUPLIATE元件，单击下方“Rename”按钮，打开Rename Component对话框如图19所示，将TO-5-DUPLIATE重命名为TO-5T，单击“ok”。(7).在编辑区内，双击TO-5T外型最左边的“3”号焊点，将弹出如图20所示对话框，将Designator属性由“3”修改为“2”，单击“ok”确定；用相同的方法将最上边的“2”号焊点修改为“1”；最右边的“1”号焊点修改为“3”，完成后的TO-5T管脚排列如图21所示。(8).创建好TO-5T的外形之后，单击菜单File/Save，将TO-5T真正存入PCB Footprints元件库内。PCB Footprints元件库内有了TO-5T，下面加载电路图设计内容时就能把晶体管按TO-5T封装形式加载，自动布线才能正确。10.通过设计同步功能加载电路图设计内容在“两级放大电路.Sch”窗口下，单击菜单Design/Update PCB，将弹出Update Design对话框如图22所示。使用默认值，单击下方“Execute”按钮，将工作界面切换到“两级放大电路.PCB”窗口下，将看到PCB窗口下成功地加载了两级放大电路的所有元件，如图23所示。从图中可以看到，加载的元件位于设计板框的右侧，单击设计板框中红色斜线框的边线，将出现8个红色小方块，单击键盘上的“Delete”键，删除红色斜线框。11.自动布置电路图元件在“两级放大电路.PCB”窗口下，单击菜单Tools/Auto Placement/Auto Placer，将弹出Auto Place对话框如图24所示，从图24看出Protel 99 SE提供两种自动布置元件模式，分别是群集式(Cluster Placer)和统计式(Statistical Placer)。在此我们选择统计式自动布置模式。单击“ok”按钮，稍等片刻，先出现的对话框，单击“ok”按钮，后出现的对话框，单击“Yes”按钮，最后出现如图25所示统计式自动布置结果。自动布置结束后，还可用鼠标单击某个元件并按住鼠标将元件拖到疏空位置放置，稍作调整后的参考图如图26所示。12.调整铜膜走线的线径由于Protel PCB 99 SE默认的布线铜膜线径为10mil，对我们业余制作简单电路板来说，显然是太细了，所以我们可以根据需要调整铜膜走线的线径。Protel PCB 99 SE中负责定义PCB设计规则内容在Design Rules对话框中，在“两级放大电路.PCB”窗口下，单击菜单Design/Rules，将出现Design Rules对话框如图27所示。Design Rules对话框中共有6个选项卡，网络走线宽度的设计规则是在Routing选项卡的Width Constraint设计规则中定义，图27中，先单击Routing选项，再拉动Rule Classes窗口下滚动条，选中Width Constraint选项，可以看到下面当前设计规则只有一条，如图28所示。从图中可以看出网络走线宽度最小和最大值都是12mil，优先采用的网络走线宽度为10mil。单击右下方的“Properties”按钮，出现的Max-Min Width Rule对话框如图29所示。将右侧Rule Attributes下的Minimum Width栏中改成20mil；将Maxmum Width栏中改成50mil；将Preferred Width栏中改成30mil，再单击“ok”退回Design Rules对话框，最后单击Design Rules对话框下方“Close”按钮，回到“两级放大电路.PCB”窗口下。13.自动布线自动布线是Protel PCB 99 SE的最精彩华章，不仅速度快，而且规范精确、走线简洁，使繁杂的工作变得轻松愉悦。在“两级阻容耦合放大器.PCB”窗口下，单击菜单Auto Route/All，将出现如图30所示对话框，采用默认设置，直接单击“ Route All”按钮，出现询问对话框时，回答“是”，即进入自动布线过程，完成后出现对话框告诉一些布线信息，单击“ok”，将看到自动布线完成后的铜膜走线图如图31所示。14.手工添加过孔为了使打印出的铜膜走线图上元件管脚有过孔位置，便于在敷铜板上打孔，事先在元件管脚上用手工添加过孔，具体操作如下：在“两级放大电路.PCB”窗口下，单击菜单View/Toolbars/Placement Tools，调出Placement Tools工具箱，单击上行第4个“放置过孔”工具，鼠标呈大十字状并带出一个过孔，按下键盘上的功能键“Tab”，将出现Via对话框，根据自动布线图上相邻元件管脚和铜膜走线间的间隙大小选择过孔直径Diameter的数值，然后单击“ok”，将过孔放置到每个元件的每个管脚上，另外，在板框的四角各放置一个稍大的定位过孔。在元件管脚处放置过孔时，如果出现高亮绿色铜膜线，表示该点放置过孔直径太大，发生与设计规则冲突情况，应减小过孔直径重新放置。放置完成参考图如图32所示。15.打印双面印刷电路板铜膜走线图(1). 在“两级阻容耦合放大器.PCB”窗口下，单击菜单File/Print/Preview，打开打印预览文件如图33所示。在打印预览文件窗口下，将左上角设计管理面板切换到Browse PCB Print下，将下方Multilayer Composite Print文件选中反白显蓝，再单击菜单Edit/Change，将出现如图34所示对话框。将图34所示对话框中右边Layers栏中的TopLayer选中，按下方“Remove”将其删除，然后选中BottomLayer，使其反白显蓝；再将对话框左边Components栏下的3个复选框去除；勾选Options栏下的Sh