PCB印制电路版.ppt

第八章PCB印制电路版 PCB设计的流程 调入封装库 手工调整 调入网表 放置元件 使用设计规则 自动布线 定义PCB板 单面板 电路板一面敷铜 另一面没有敷铜 敷铜的一面用来布线及焊接 另一面放置元件 单面板成本低 但只适用于比较简单的电路设计 双面板 电路板的两面都敷铜 所以两面都可以布线和放置元件 顶面和底面之间的电气连接是靠过孔实现的 由于两面都可以布线 所以双面板适合设计比较复杂的电路 应用也最为广泛 多层板 不但可以在电路板的顶层和底层布线 还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面 用多层板可以设计更加复杂的电路 8 1 1印制电路板结构 8 1 2元件封装 添加元件库方法 Library Pcb GenericFootprints Advpcb ddb 元件封装是很重要的一部分 因为同样的元件有不同的封装形式 如100千欧的电阻 有三个引脚的也有两个引脚的 具体在我们的PCB中它的引脚封装是AXIAL0 3 AXIAL0 4 AXIAL0 6等等 因此 我们在用到焊接元件时不仅要知道元件的名称还要知道它的封装形式 电阻的电气符号与其不同封装 印制电路板的基本元素 1 元件封装的分类大致可以可以分为两类 即针脚式元件和STM 表面粘贴式 元件 1 DIP封装双列直插式 特点 适合PCB的穿孔易于对PCB布线操作方便DIP封装结构形式有 多层陶瓷双列直插式DIP 单层陶瓷双列直插式 引线框架式 塑料包封结构形式和陶瓷低熔玻璃封装形式 2 芯片载体封装详见书上 常见的元件封装形式 电阻 AXIAL0 3 AXIAL1 0电容 RAD0 1 RAD0 4RB 2 4 RB 5 1 0二极管 DIODE0 4DIODE0 7三极管 TO 3TO 220串并口 DB9 FDB37RA M熔丝 FUSE FUSE电位器 VR1 VR5封装编号 元件类型 焊盘距离 元件外形尺寸 如AXIAL0 4表示元件为轴状 焊盘间距为400mil 约10mm DIP16表示双列引脚 RB 2 4表示极性电容类元件 引脚间距为200mil 元件直径为400mil 电解电容 二极管 三极管及双列直插集成块的封装 印制电路板的基本元素 长度单位及换算 Protel99SE的PCB编辑器支持英制 mil 和公制 mm 两种长度计量单位 它们的换算关系是 100mils 2 54mm 其中1000mils 1Inches 执行菜单命令 View ToggleUnits 就能实现这两种单位之间的相互转换 也可以按快捷键Q进行转换 转换后工作区坐标的单位和其他长度信息的单位都会转换为mm 或mil 安全间距 进行印刷电路板的设计时 为了避免导线 过孔 焊点及元件的相互干扰 必须使它们之间留出一定的距离 这个距离称之为安全间距 Clearance 8 1 3有关电路板的几个基本概念铜膜线 简称铜膜导线 是敷铜经腐蚀后形成的用于连接各个焊点的导线 印刷电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的 助焊膜和阻焊膜 顾名思义 助焊当然是便于焊接 阻焊当然是阻止焊接 这主要是针对有焊接点的地方涂些助焊膜利于焊接元件 在防止短路或不该连线地方连接时加阻焊膜利于安全焊接 铜膜导线 铜膜导线 焊盘 印制电路板的基本元素 焊盘 过孔 焊盘 Pad 的作用是放置 连接导线和元件引脚 焊盘需要注意的原则 形状上长短不一致时 需要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大 需要在元件引脚之间走线时 选用长短不对称的焊盘往往事半功倍 各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定 原则是孔的尺寸比引脚直径大0 2 0 4mm 8 1 6焊盘和过孔 焊盘的形状 印制电路板的基本元素 过孔 Via 的主要作用是实现不同板层间的电气连接 过孔主要有3种 穿透式过孔 Through 从顶层一直打到底层的过孔 半盲孔 Blind 从顶层遇到某个中间层的过孔 或者是从某个中间层通到底层的过孔 盲孔 Buried 只在中间层之间导通 而没有穿透到顶层或底层的过孔 图7 8过孔的形状 3 印制电路板的基本元素 过孔注意的原则 尽量少用过孔 一旦选用了过孔 务必处理好它与周边各实体之间的间隙 特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙 需要的载流量越大 所需的过孔尺寸越大 如电源层和地层与其它层连接所用的过孔要大些 图7 3电路板的结构 1 印制电路板结构 飞线 用来表示连接关系的线 它只表示焊盘之间有连接关系 是一种形式上的连接 并不具备实质性的电气连接关系 飞线在手工布线时可起引导作用 从而方便手工布线 飞线是在引入网络表后生成的 而飞线所指的焊盘间一旦完成实质性的电气连接 则飞线自动消失 当同一网络中 部分电气连接断开导致网络不能完全连通时 系统就又会自动产生飞线提示电路不通 利用飞线的这一特点 可以根据电路板中有无飞线来大致判断电路板是否已完成布线 a b 飞线的产生 印制电路板的基本元素 8 2印制电路板布线流程 印制电路板设计步骤 1 绘制电路图 原理图 网络表 2 电路板大小尺寸 层数 元件封装等等 3 元件布置参数 层参数 布线参数等 4 装载元件封装库和网络表 5 可以先自动 后手动 6 一般选择自动布线 7 后期一些不满意的地方可以稍做调整 8 打印输出 绘制电路图 规划电路板 设置参数 装入网络表及元件库封装 元件的布局 自动布线 手工调整 文件保存及输出 8 3PCB板的设计的基本原则 所谓规划电路板 就是根据电路的规模 项目的技术要求以及制造商的要求 具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界 电路板形状可以为正方形 矩形 圆形等其它特殊形状 元件的布局及导线的设置对电子电路设计是否性能最佳影响很大 以下是一般需要遵从的原则 8 3 1布局元件的布局及导线的设置对电子电路设计是否性能最佳影响很大 以下是一般需要遵从的原则 PCB的尺寸大小 在确定特殊元件位置时要遵循以下原则 尽可能缩短高频元件之间的连线 设法减少它们的分别参数和相互间的电磁干扰 输入和输出元件应该尽量远离 某些元件或导线之间可能有较高的电位差 应该加大它们之间的距离 以免放电引出意外事故 重量超过15g的元件 应当使用支架加以固定 然后焊接 而且应考虑散热问题 对于电位器 可调电感线圈 可变电容器 微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求 应该留出印制板的定位孔和固定支架所占用的位置 2 根据电路的功能单元 对电路的全部元件进行布局时 要符合以下原则 1 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置 使其布局便于信号流通 并使信号尽可能保持一致方向 2 以每个功能电路的核心元件为中心 围绕它来进行布局 元件应该均匀 整齐 紧凑地排列在PCB上 3 在高频状态下工作的电路 要考虑元件之间的分别参数 一般电路应该尽可能使元件平行排列 4 位于电路板边缘的元件 离电路板边缘一般不小于2mm 电路板最佳形状为矩形 8 3 2布线 布线的方法以及布线的结果对PCB板的性能影响很大 一般要遵循以下原则 1 输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行 最好在输入输出端的导线之间添加地线 以免发生反馈耦合 2 印制板导线的最小宽度主要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 尤其是数字电路 通常选0 2 0 3mm导线宽度 当然 只要允许 还是尽可能的用较宽的导线 尤其是电源和地线 导线的最小间距主要由最坏情况下的线之间绝缘电阻与击穿电压决定 对于集成电路 只要工艺允许 可使间距小于5 8mm 3 印制板导线拐弯一般取圆弧形 而直角或夹角在高频电路中会影响电气性质 此外 应该尽量避免使用大面积铜箔 否则 长时间受热时 容易发生铜箔膨胀和脱落现象 必须用大面积铜箔时 最坏做成栅格状 这样有利于排除铜箔与基板间的粘合剂受热产生的挥发性气体 8 3 3焊盘大小焊盘中心孔要比器件引线直径稍大些 焊盘太大容易形成虚焊 焊盘外径D一般不小于 d 1 2 mm 其中d为引线的孔径 对高密度的数字电路 焊盘最小直径可取 d 1 0 mm 8 3 4PCB板电路的抗干扰措施 1 电源线设计根据印制线路板的电流大小 尽量加粗电源线宽度 减少环路电阻 同时同时 使电源线 地线的走向和数据传输的方向一致 这样有助于增强抗噪声能力 2 地线设计地线设计原则 数字地与模拟地分开 低频电路的地应该尽量采用单点并联接地 实际布线有困难时可部分串联后再并联接地 高频电路应尽量采用多点串联接地 地线应短而粗 高频元件周围尽量用栅格状的大面积铜箔 接地线应尽量加粗若接地线用很细的线条 使它能通过三倍于印制板上的允许电流 如有可能 接地线应在2 3mm以上 接地线构成闭环路只由数字电路组成的印制板 其接地电路布成团环路大多能提高噪声能力 8 3 5去耦电容配置 PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的去耦电容 去耦电容的一般配置原则 电源输入端跨接10 100uF的点解电容器 如有可能 节100uF以上的更好 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0 01pF的瓷片电容 对于抗噪能力弱 关断时电源变化大的器件 如RAM ROM存储器件 应在芯片的电源线和地线之间直接接入去耦电容 电容引线不能太长 尤其是高频旁路电容不能有引线 此外 还应该注意以下两点 若印制板中有接触器 继电器 按钮等元件 操作它们时均会产生较大的火花放电 必须采用RC电路来吸收放电电流 CMOS的输入阻抗很高 且易受感应 因此在使用时对不用端口要接地或接正电源 8 3 6各元件之间的接线 在印制电路板中对各元件的连线应遵循以下规则 印制板中不允许有交叉电路 对于可能交叉的线条 可以用 钻 绕 两种办法解决 电阻 二极管 管状电容器等元件有立式和卧式两种安装方式 对于这两种不同的安装元件 印制板上的元件孔距是不一样的 同一级电路的接地点应尽量靠近 并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上 总地线必须严格接高频 中频 低频逐级按弱电容到强电容的顺序排列 切不可随便乱接 级间宁可接线长点 也要遵循这一规定 否则可能产生自激以至无法工作 强电路引线应尽可能宽些 以降低布线电阻及其压降 可减少寄生耦合而产生的自激 阻抗高的走线尽量短 阻抗低的走线可长些 因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号 引起电路的不稳定 电源线 地线 无反馈元件的基极走线 发射极引线等均属低阻抗走线 电位器安放位置应当满中整机结构安装及面板的布局要求 因此应尽可能放在板的边缘 旋转柄朝外 IC座 设计印制板图时 在使用IC座的场合下 一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确 并注意各个IC脚位置是否正确 进出接线端布置 相关联的两引线端的距离不要 太大 一般为0 2 0 3in左右 在保证电路性能要求的前提下 设计时应该力求合理走线 少用外接线 并按一定顺序要求走线 力求直观 便于安装 设计应按一定顺序方向进行 例如可以由左向右和由上到下 8 4创建PCB图文件 新建一个PCB图文件可以进入设计文件夹 Document 执行菜单命令 File New 或在工作区内单击鼠标右键 选择 New 选项 会弹出如图5 2所示的选择文件类型的对话框 双击该对话框中的 PCBDocument 图标 即可创建一个新的印制板电路图文件 默认的文件名为 PCB1 PCB 在工作窗口中该文件的图标上单击 或在设计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键 即可进入如图5 3所的印制电路板编辑器 2 加载元件封装库 在左边PCB浏览器窗口中 单击 Browse 下拉列表框 选择 Library 项 如图7 38所示 单击 Add Remove添加 删除封装库 弹出添加 删除封装库的对话框 在系统自带的元件封装库 C ProgramFiles DesignExplorer99SE Library PCB 目录中进行选择 该目录中有三个文件夹 根据原理图元件对应的封装进行选择相应的封装库文件 PCB浏览器 加载元件封装库结果 元件封装库的添加结果 常用的元件封装库 集成块 DIP系列 DIP 4 DIP 64CFP系列 CFP 14 CFP 56 整流桥 D 37D 37RD 38D 44D 46 Library Pcb GenericFootprints GeneralIC ddb Library Pcb GenericFootprints InternationalRectifiers ddb 8 4 2工具栏的使用 Protel99SE PCB的绘图工具包含在放置工具栏 PlacementTools 中 打开或关闭放置工具栏的方法可以执行菜单命令 View Tools PlacementTools 打开的工具栏如图6 1所示 构成PCB图素 导线 圆弧 焊盘 过孔 尺寸标注 坐标 字符串 原点设置 多边形覆铜 内电层分割 元件 填充 粘贴 6 1 1绘制导线的具体方法有 执行菜单命令 Place InteractiveRouting 单击放置工具栏中的按钮 6 1 2放置焊盘的方法有 执行菜单命令 Place Pad 单击放置工具栏中的按钮即可 6 1 3放置过孔及其属性编辑 执行菜单命令 Place Via 单击放置工具栏中的按钮 6 1 4放置字符串 执行菜单命令 Place String 单击放置工具栏中的按钮 6 1 5放置元件除了用网络表装入元件外 用户还可以将元件手工放置到各种平面上 放置元件的具体实现方法有 执行菜单命令 Place Component 单击放置工具栏上的按钮 在PCB图的设计过程中 为了元件排列的整体美观 肯定要做元件的排列和对齐的工作 而元件的排列与对齐往往是用图6 49所示的工具栏中的按钮来实现的 而该工具栏的打开或关闭可以通过执行菜单命令 View Toolbars Componentplacement 实现 8 5设置电路板工作层 8 5 1层的管理Protel扩展到现在32个信号层 16个内层电源 地线层 16个机械层 对电路板的工作层的管理可以执行Design LayerStackManager命令 在下图对话框 单击 AddLayer 可以添加信号层 在添加前先单击信号层添加位置 单击 AddPlane 可添加内层电源 接地层 TopDielectric在顶层添加绝缘层 BottomDielectric在底层添加绝缘层 1 设置信号层和内部电源 接地层 执行菜单命令 Design LayerStackManager 在屏幕上弹出如图5 9所示的工作层面管理对话框 2 设置机械层 执行菜单命令 Design MechanicalLayers 所示的机械层设置对话框 单击 Mechanical 复选框 可打开机械层 并可设置机械层名称等参数 设置完信号层 内部电源 接地层和机械层后 设置工作层面对话框变为如右图所示 8 5 2工作层的类型 Protel99SE提供了若干不同类型的工作层面 包括信号层 Signallayers 内部电源 接地层 Internalplanelayers 机械层 Mechanicallayers 阻焊层 Soldermasklayers 锡膏防护层 Pastemasklayers 丝印层 Silkscreenlayers 钻孔位置层 DrillLayers 和其他工作层面 Others 工作层对话框 下面介绍各工作层面的功能 1 信号层 Signallayers 信号层主要是用来放置元件 顶层和底层 和导线的 2 内部电源 接地层 Internalplanelayers 内部电源 接地层主要用来放置电源线和地线 3 机械层 Mechanicallayers 机械层一般用于放置有关制板和装配方法的信息 4 阻焊层 Soldermasklayers 助焊层有2个TopSolderMask 顶层助焊层 和BottomSolder 底层助焊层 用于在设计过程中匹配焊盘 并且是自动产生的 5 锡膏防护层 Pastemasklayers 锡膏防护层的作用与阻焊层相似 但在使用 hotre flow 热对流 技术安装SMD元件时 锡膏防护层用来建立阻焊层的丝印 6 丝印层 Silkscreenlayers 丝印层主要用于绘制元件的轮廓 放置元件的编号或其他文本信息 7 钻孔层 Drilllayer 钻孔层主要是为制造电路板提供钻孔信息 该层是自动计算的 Protel99SE提供Drillguide和Drilldrawing两个钻孔层 8 禁止布线层 KeepOutLayer 禁止布线层用于定义放置元件和布线区域 设定电气边界 此边界外不会布线 9 多层 Multilayers 多层代表信号层 任何放置在多层上的元件会自动添加到所在信号层上 所以可以通过多层 将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上 10 DRC错误层 DRCErrors 用于是否显示违反设计规则检查的错误信息 11 连接层 Connection 该层用于显示元件 焊盘和过孔等对象之间的飞线是否显示 8 5 3设置工作层面 设置方法可以执行菜单命令 Design Option 出现 DocumentOption 对话框 选择其中的 Layers 标签即可进入工作层面设置对话框 如图5 7所示 1 工作层的设置 在 Layers 选项卡中 可以进行PCB工作层的设置 用户只需要在工作层前面的复选框单击鼠标左键勾选 表示开启该工作层 再单击一次 表示关闭该工作层 在工作层设置对话框的左下角 有三个按钮 单击 AllOn 按钮表示开启所有工作层 单击 AllOff 按钮表示关闭所有工作层 单击 UsedOn 按钮表示由用户自定义工作层 当选择双层板时 在顶层和底层都可布线 所以设置如上图所示 若选择单层板时 一般规定信号线在底层 元件布置在顶层 则设置如图下图所示 进入 Option 选项卡 结果如图5 8所示 在该选项卡中可对 Grid 栅格 ElectricalGrid 电气栅格 Measurement 计量单位 等选项进行设定 8 6PCB电路参数设置 系统参数设置包括光标显示 层颜色 系统默认设置 PCB设置 执行Tools Preference菜单命令 系统弹出Preferences对话框 包括6个选项卡 Options Display Colors Show Hide Defaults SignalIntegrity Preferences对话框 Options选项卡的设置 Editing区域用于设置编辑操作时的一些特性1 OnlineDRC用于设置在线设计规则检查 选中此项 在布线过程中 系统自动根据设定的设计规则进行检查2 SnapToCenter用于设置当移动元件封装或字符串时 光标是否自动移动到元件封装或字符串参考点3 ExtendSelection用于设置当选取电路板组件时 是否取消原来选取的组件 选中此项 系统不会取消原来选取的组件 连同新选取的组件一起处于选取状态4 RemoveDuplicates用于设置系统是否自动删除重复的组件5 ConfirnGlobalEdit用于设置在进行整体修改时 系统是否出现整体修改结果提示对话框6 ProtectLockedObjectS用于保护锁定的对象 A Autopan用于设置自动移动功能 Style用于设置移动模式 系统提供了7种移动模式 1 Adaptive自适应模式2 Disable取消移动功能3 Re Center当光标移动到编辑区边缘时 系统将光标所在的位置设置为新的编辑区中心4 FixedSizeJump 当光标移到编辑区边缘时 系统将以Step项的设定值为移动量向未显示的部分移动 当按下shift键后 系统将以shiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动5 ShiftAccelerate 当光标移到编辑区边缘时 如果ShiftStep项的设定值比Step项的设定值大的话 系统系统将以Step项的设定值为移动量向未显示的部分移动 当按下shift键后 系统将以shiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动 如果ShiftStep项的设定值比Step项的设定值小的话 无论按不按shift 系统都将以shiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动 6 ShiftDecelerate当光标移到编辑区边缘时 如果ShiftStep项的设定值比Step项的设定值大的话 系统系统将以ShiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动 当按下shift键后 系统系统将以Step项的设定值为移动量向未显示的部分移动 如果ShiftStep项的设定值比Step项的设定值小的话 无论按不按shift 系统都将以shiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动7 Ballistic 当光标移到编辑区边缘时 越往编辑区边缘移动 移动速度越快 PolygonRepour用于设置交互布线中的避免障碍和挤推布线方式 如果PolygonRepour选为Always 则可以在已敷铜的PCB中修改走线 敷铜会自动重铺RorationStep用于设置旋转角度 在放置组件时 按一次空格 组件会旋转一个角度 系统默认值为90度CursorTypes用于设置光标类型Undo Redo用于设置撤销操作 重复操作的步数InteractiveRouting用来设置交互式布线模式 可以选择3种模式 IgnoreObstacle AvoidObstacle和PushObstacle PlowThroughPolygons如果选中后 则布线时使用多边形来检测布线障碍 AutomaticallyRemoveLoops用于设置自动回路删除 选中此项 在绘制一条导线后 如果发现存在另一条回路 则系统将自动删除原来的回路 2 Display选项卡的设置 1 屏幕显示设置ConvertSpecialStrings用于设置是否将特殊字符串转化为它所代表的汉字HighlightinForNet用于使所选网络亮显UseNetcolorforhighlight对于选中的网络 用于设置是否仍然使用网络的颜色 还是一律采用黄色Redraw