DXP课程设计论文.doc

第一章 前言 1.1 Protel DXP简介： 随着计算机技术的飞速发展，Protel以其卓越的功能和旺盛的生命力紧跟操作系统和EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术的发展步伐，从第一个Protel for Windows版本到Protel98， Protel99和Protel99SE，直到推出功能更强大的Protel DXP。他继承了Protel系列产品的优点，与Protel 99SE相比他在许多方面均有大幅度提高。Protel DXP项目级集成管理双向同步，自带错误检查、文件比较，多功能输出配置，比较器引擎保证了源文件和目标文件PCB文件之间的完全同步，消除了原来版本同步困难的问题。Protel DXP不再是把所有文件放在一个数据库文件（*.DDB）里，而是分为原理图设计系统（*.SCHDOC）和印制电路板设计系统PCB（*.PCBDOC）。 Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。 Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 与较早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。第二章 设计要求与内容2.1 设计目的：1 了解并掌握用protel软件绘制简单电路图；2 掌握用protel软件设计库元件；3 掌握简单电子元件电路或产品的设计能力；4 了解电子产品设计与制作的一般过程；5 掌握一般电子线路PCB图的设计及电子线路装配的基本方法。2.2设计内容及要求：熟练掌握使用PROTEL DXP软件进行电子线路原理图、PCB（印制电路板，简称印制板）图的设计。绘制内容包括“89C51单片机存储系统原理图”；“超声波发射接收电路原理图”、“高速A/D、D/A转换电路原理图”等。理解各电路图工作原理并将以上原理图按具体要求制作成PCB板图。通过CAD课程设计，学生能掌握电子产品自动化设计与制作的一般过程，能阅读电路原理图、PCB图，能借助手册查阅与电子元器件及材料的有关数据，能正确选择使用元器件和材料，能借助微机熟练进行电路原理图、PCB图设计，并通过手工制作简单的PCB板，装接电子电路并使用电子仪器进行测试，能在教师指导下解决电子电路制作过程中出现的一般问题，能对所制作电路的指标和性能进行测试并提出改进意见。第三章 设计过程3.1新建一个设计项目（*.PrjPCB）o;_f!TUq;U)%Oz-uB进入Protel DXP设计环境，选择File/PCB Project选项，建立一个空项目文件并键入所取文件名及其路径。3.2 原理图的设计：（1）新建原理图文件（*.SCHDOC）选择File/New/Schematic选项，在刚刚新建的项目中新建原理图。进入Design/Document options选项设置原理图图纸参数（包括原理图大小设置，边框和显示属性设置和标题栏设置）。 （2）加载系统元件库放置元件Protel DXP提供了丰富的元件库，在【Libraries】面板中加入所需元件库，他不但具备了Protel 99SE的优点，而且还增加了图形显示的功能，从元件库管理面板上能够同时查看到元件的原理图和封装形式。根据实际电路需要，在所加载的元件库中找出所需元件放置在原理图中，在放置元件时要依据元件之间的走线和设计总体调整元件位置。教育论文网C%f;4? Ny （3）自制元件库若所需元器件在库中无现成可用或对于一些所需特殊的元器件，则需进行元器件的制作。可以选择FileNewSchematic Library选项，进入原理图文件编辑器绘制符合要求的元件库，在绘制电器元件的图形时，应具有全局整体观点，尽量减少绘图时间，并使每个图形符号大小适中、比例恰当、协调美观。教育论文网O3Kz07cw1Aa （4）对原理图布线将放置好的元器件各管脚用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各文件之间具有用户所设计的电气连接关系。其有直接连线和网络连线2种方式。简单的电路宜采用直接连线方式，连线最好一次画完，而对于复杂的电路多采用网络方式，其网络标号最好放在被编辑管脚端点引出的端线上，在进行设计原理图时，不能有器件放在图纸外（虽无电气连接），否则生成PCB时会出现错误。3.3c:nkg)zkw3.33.3布局与布线：+vR5g&jZ3.3.1布局:教育论文网 _ ,L!v#WS8j:pPV Protel DXP提供了强大的自动布局功能，在预放置元件锁定的情况下，可用自动布局放置其他元件。执行命令ToolsAuto Placement Auto Placer，在Auto Place对话框中选择自动布局器。Protel DXP PCB编辑器提供两种自动布局工具：Cluster Placer自动布局器使用元件簇算法，将元件依据连接分为簇，考虑元件的几何形状，用几何学方法布放簇，这种算法适用于少于100个元件的情况；Global Placer自动元件布局器使用基于人工智能的模拟退火算法，分析整个设计图形，考虑线长、连线密度等，采用统计算法，适用于更多元件数量的板图。教育论文网l2i-?4G$T 自动布局较方便，但产生的板并不是最佳方案，仍需要手工调整。设计者仍需利用交互布局工具（ToolsInteractive Placement命令）整理布局，以达到预期效果。/_%RiO,aO8z UB3.3.2 布局注意事项： !gq7B0e-b,a在进行PCB元件布局时，应考虑以下方面： Hd!_#z ?PQ&（1）尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。 _5XvwOX!b M（2）有高低电压的电路中，要尽量将高压分离放置，且保证安全间距，以免放电引起短路。 P$EdEA R FT（3）重量大的元器件应该有支架固定，然后焊接。教育论文网2j89F2uy-%D9Oq （4）注意散热。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，热敏元件应远离发热元件。又大又重、发热量多的元器件不宜装在印制电路板上，而应装在整机的机箱底板，且考虑散热问题。 xs5 F1X S!q7tZ（5）电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，以方便调节为准。教育论文网5IQF%Z u （6）应留出印制电路板的定位孔和固定支架所占的位置。教育论文网 S,OX4|Jbcw （7）对于元件大小、轻重相差很大的板子，需要均匀布放，考虑板子是否会变形、曲翘等。(o#P0H&I;ow3.3.3 布线: y8w,Q8KFKJ布线是将逻辑连接转换为物理连接的过程，这些物理连接包括：连线、过孔、焊盘、弧线、填充、多边形覆铜和电源层等。Potel DXP提供了手工布线和自动布线两种。教育论文网*J bAb&由于现在PCB板设计越来越复杂、高密度，往往对一些有特殊要求的连线，需要预先手工布放。好的设计习惯是打开电气网络，使连线可以轻松连接到一个不在捕获网络上的实体；打开在线DRC，监控布线过程，违反规则的设计被立即显示出来。完成预布线后，为了在自动布线时保持不变，需要对预布线锁定，打开菜单EditFind Similar Objects，选择要锁定的对象。 Q-J 3wQua,自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线的结果为手工调整提供参考，如果自动布线能够达到100%或者90%以上。说明元件的布局基本合理，手工修改调整走线也不会有太多的障碍。3.3.4 布线的规则如下： （1）线长：铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。 （2）线宽：铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下，11.5mm 的线宽，允许流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。在集成电路座焊盘之间走两根线时，焊盘直径为 50mil，线宽和线间距都是 10mil，当焊盘之间走一根线时，焊盘直径为 64mil，线宽和线间距都为 12mil。注意公制和英制之间的转换，100mil=2.54mm。 （3）线间距：相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。（4）屏蔽与接地：铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。教育论文网9Xoh98X,G#?0J3.3.5 布线注意事项：教育论文网 A)E&o9B6HgW （1）输入和输出的导线应尽量避免相邻平行，最好添加线间地线，以免发生反馈耦合。 elMRC（2）导线的最小宽度由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。对于集成电路，通常选0.2-0.3mm导线宽度。当然条件允许，尽可能用较宽的线，线宽应满足地线电源线信号线的要求。 S3Od-H E1m?（3）导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定，一般要求2000V电位差之间线距离应该大于2mm。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。通常线间距最好不要低于0.3mm。 G-a7J9m8A（4）印制电路板导线拐弯一般取圆弧形，直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。在双面布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。3.4 电路板的设计：电路板设计的一般原则包括：电路板的选用、电路板尺寸、元件布局、布线、焊盘、填充、跨接线等。电路板一般用敷铜层压板制成，板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等。不同材料的层压板有不同的特点。 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在 260的熔锡中不起泡。环氧树脂浸过的玻璃布层压板受潮气的影响较小。 超高频电路板最好是敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。 在要求阻燃的电子设备上，还需要阻燃的电路板，这些电路板都是浸入了阻燃树脂的层压板。 电路板的厚度应该根据电路板的功能、所装元件的重量、电路板插座的规格、电路板的外形尺寸和承受的机械负荷等来决定。主要是应该保证足够的刚度和强度。 常见的电路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm从成本、铜膜线长度、抗噪声能力考虑，电路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，则散热不良，且相邻的导线容易引起干扰。 电路板的制作费用是和电路板的面积相关的，面积越大，造价越高。 在设计具有机壳的电路板时，电路板的尺寸还受机箱外壳大小的限制，一定要在确定电路板尺寸前确定机壳大小，否则就无法确定电路板的尺寸。 一般情况下，在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。电路板的最佳形状是矩形，长宽比为 3:2 或 4:3，当电路板的尺寸大于 200mm150mm 时，应该考虑电路板的机械强度。 总之，应该综合考虑利弊来确定电路板的尺寸。3.5焊盘的设计：焊盘尺寸 焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径和公差尺寸以及镀锡层厚度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑，通常情况下以金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘的内孔直径。例如，电阻的金属引脚直径为 0.5mm，则焊盘孔直径为 0.7mm，而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm，最小应该为焊盘孔径加 1.0mm。 当焊盘直径为 1.5mm 时，为了增加焊盘的抗剥离强度，可采用方形焊盘。 对于孔直径小于 0.4mm 的焊盘，焊盘外径/焊盘孔直径=0.53。 对于孔直径大于 2mm 的焊盘，焊盘外径/焊盘孔直径=1.52。 常用的焊盘尺寸： 焊盘孔直径/mm 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 焊盘外径/mm 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4 设计焊盘时的注意事项如下： （1）焊盘孔边缘到电路板边缘的距离要大于 1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。 （2）焊盘补泪滴，当与焊盘连接的铜膜线较细时，要将焊盘与铜膜线之间的连接设计成泪滴状，这样可以使焊盘不容易被剥离，而铜膜线与焊盘之间的连线不易断开。（3）相邻的焊盘要避免有锐角。教育论文网N D6N3.6 使用Protel DXP过程中的注意事项： o,u4f,nM |mb（1）使用Protel DXP进行新元件编辑时，不能用导线代替元件引脚，且每一个引脚都应命有自己的名称. v:qX:kH:t D:vm（2）使用Protel DXP进行新元件编辑时，在为元件添加引脚时，一定注意引脚的方向，电气连接点向外.教育论文网 W.tYE w7j （3）使用Protel DXP进行原理图绘制时，导线的起始点一定要设置在元件的引脚上. A0Al/k;z?（4）使用Protel DXP进行原理图绘制时，绘图工具栏（Drawing）和布线工具栏（Wiring）两者所画出的线有区别，不能混淆.绘图工具栏（Drawing）中的线（Line）不具备任何电特性，仅供使用者绘制一些与布线无关的图形；而布线工具栏（Wiring）中的线（Wire）是具有电特性的连接导线.教育论文网-V!GF2B （5）原理图符号与元器件封装的对应关系，是通过原理图符号引脚的序号与元器件封装的焊盘序号之间一一对应建立起来的，二者的序号应相同.教育论文网4q T/wgLB （6）使用Protel DXP进行自动生成印刷电路板时，必须将原理图文件和印刷电路板文件同时链接到同一个工程Project文件下，这样才能进行双向同步设计.教育论文网-ZSc5HN2k （7）使用Protel DXP进行自动生成印刷电路板时，必须先将印刷电路板文件保存，软件才能进行自动布局等操作.教育论文网6;M&q9b:X （8）使用Protel DXP进行自动布线前，所有的元件都必须放置到电路板的电气边界内，否则会影响布线的布通率. -jE0ig4qw（9）使用Protel DXP进行自动布线时，不能进行单面板布线，却总出现双面板布线.这是因为虽然在DesignBoard Layers中仅设定一层，但这一设置只是决定显示哪一层，如要决定设计单面板，必须设置DesignRulesRoutingRouting Layers中的选项，将不使用层都设置为Not Used，将使用的那一层设置为Any.第四章 第五章第六章第七章 设计原理图与封装图 4.1设计原理图： 设计原理图如图4-1所示：图4-1设计原理图4.2 PCB制版图：PCB制版图如图4-2、4-3、4-4所示：4-2 PCB制