PCB制图毕业设计

武汉软件工程职业学院 2010 级毕业设计 课题名称 基于 Protel 的多层电路板设计 学生姓名 胡 燕 学 号 38 班 级 通信 1002 班 指导老师 肖 春 华 完成时间 2012 年 12 月 20 日 光电子与通信工程系 光电子与通信工程系毕业设计开题报告光电子与通信工程系毕业设计开题报告 姓名胡燕系光电子与通信工程系专业通信技术班级通信 1002 设计题目基于 Protel 的多层电路板设计指导教师肖春华 设 计 目 的 1 熟悉并掌握单片机开发板的多层 PCB 板设计流程 学会熟练利用 PROTEL 软件绘制单片机板 2 提高自我集成运用电路方面文档的查找 阅读 分析 实践能力 设 计 摘 要 在现代电子设备中 印刷电路板 Printed Circuit Board 发挥着越来越重要 的作用 其质量的好坏在一定程度上决定了电子产品的性能 印刷电路板 Printing Circuit Board PCB 是电子产品中电路元件的支撑件 它提供了 电路元件和元件之间的电气连接 印刷电路板 Printed Circuit Board 在电子 领域中有着广泛的应用 是电子信息制造业的重要基础和组成部分 设 计 规 划 2012 年 10 月 完成资料收集工作 展开反复讨论 多次经过老师指导修改 2012 年 11 月 2012 年 12 月 完成原理图以及 PCB 设计 2013 年 1 月 2013 年 3 月 完成毕业设计论文的撰写 武汉软件工程职业学院毕业设计成绩鉴定表 姓名胡燕系光电子与通信工程系专业通信技术班级通信 1002 设计课题基于 Protel 的多层电路板设计指导教师肖春华 设 计 思 想 摘 要 现如今电子产品日新月异其发展速度让人惊叹 作为一名学通信专业的学生来 说我们更应该站在科技的前沿 Protel 99 SE 实现了从电学概念设计到输出物理生 产数据 以及这之间的所有分析 验证和设计数据管理 它是一款有利于我们进行 设计开发的软件 因此对该软件的熟练掌握是至关重要的 设 计 鉴 定 设计鉴定意见 设计鉴定等级 指导教师签名 答辩指导小组评定等级 指导小组组长签名 系 盖 章 年 月 日 附 1 毕业设计说明书 篇幅不得低于 2000 字 2 设计作品及相关材料 目目 录录 前 言 1 一 Protel 软件介绍 2 一 Protel 99 SE 的发展 2 二 Protel 99 SE 的特性 3 二 设计印制电路板基本知识 4 一 印刷电路板介绍 4 1 关于 PCB 的有关知识 4 2 电路板的发展及功能 6 二 印制电路板的分类 7 1 印制电路板分类 7 2 国内外电路板的发展趋势 8 三 基于 Protel 的多层板设计步骤 10 一 电路原理图设计 10 1 电路原理图的设计要求 10 2 布局 布线设计的基本原则 12 3 电路原理图设计步骤 14 4 绘制原理图时的注意事项 18 二 生成报表文件及其它报表 18 1 生成网络表的操作步骤 18 2 生成其它报表 19 三 PCB 设计 19 1 PCB 板层 19 2 PCB 板设计的基本原则 21 3 PCB 设计流程 25 4 PCB 展示 部分 28 总结 30 参考文献 34 摘摘 要要 在现代电子设备中 印刷电路板 Printed Circuit Board 发挥着越来越重 要的作用 其质量的好坏在一定程度上决定了电子产品的性能 印刷电路板 Printing Circuit Board PCB 是电子产品中电路元件的支撑件 它提供了 电路元件和元件之间的电气连接 印刷电路板 Printed Circuit Board 在电子 领域中有着广泛的应用 是电子信息制造业的重要基础和组成部分 近年来 PCB 的制作层数越来越多 密度越来越高 性能越来越强 其发展趋势也越来越 可观 本文对印刷电路板的发展趋势 印刷电路板的基础知识介绍 印刷电路 板的功能及基本使用 人工作电路板及基本制作流程 手工制板过程中的注意 事项作出了较全面的介绍 本论文就介绍了电路板的功能及使用 该电路板是 一块多功能的双面电路板 其功能包括 MAX232 I2C 总线 串行口通信 1602 液晶显示 点阵显示 4 4 按键 单片机进行控制 18B20 温度传感器 红外传 输功能 1302 定时功能等几大部分 增加了排针外扩展功能 该电路板的每部 分都是独立的 即可单独使用 也可同时工作实现更多功能 关键字 发展趋势 性能要求 串口通信 单片机控制 I2C 总线 1 前前 言言 Protel 99 SE 是 Protel 公司 现已更名为 Altium 公司 近几年来致力于 Windows 平台于 2000 年开发的拳头产品 它能实现从电学概念设计到输出物理 生产数据 以及这之间的所有分析 验证和设计数据管理 今天的 Protel 99 SE 软件已不是单纯的 PCB 印制电路板 设计工具 而是一个系统工具 它覆 盖了以 PCB 为核心的全部物理设计 总的说来 在 Protel 系列产品中 Protel 99 SE 以其强大的功能 方便快捷的设计模式和人性化的设计环境 赢得了众 多电路设计者的青睐 成为当前电子工业中印刷电路板设计的主流软件 新版本的 Protel 软件可以毫无障碍地打开 Orcad Pads Accel PCAD 等知名 EDA 格式的设计文件 以便用户顺利过渡到新的 EDA 平台 在开始学习利用 Protel 99 SE 系统设计电路之前 读者应该初步了解 Protel 99 SE 系统 为后续学习奠定基础 为此 本次的毕业设计论文以 PCB 板的深远发展前景为背景 让自身对 Protel 有个更为全面的了解而得以展开 在设计过程中我们应按照 Protel 绘制 PCB 的设计要求及步骤来完成设计 在本 毕业设计完成之时相信自身会对 Protel 软件更加了解 对 PCB 的绘制更为熟练 2 一 Protel 软件介绍 一 Protel 99 SE 的发展 随着计算机技术的发展 从 20 世纪 80 年代中期开始 计算机的应用进入 各个领域 计算机的发展促进了电子信息技术的发展 促进了 EDA 技术的发展 许多厂商推出了多种电子 CAD Computer Aided Design 软件 其中 Protel 以 Windows 操作界面 操作简单 易学好用等优点而深受广大用户的欢迎 成 为大多数电子设计者的首选 Protel 设计系统是一套建立在 PC 环境下的 EDA 电子集成设计系统 它以 其卓越的功能和旺盛的生命力紧跟计算机操作系统和 EDA 技术的发展步伐 Protel 公司成立于 1985 年 2001 年更名为 Altium 公司 其主要产品是基于 PCB 设计的 EDA 平台 早期 Protel 公司推出基于 DOS 坏境的 EDA 程序 Protel 的前身是 1988 年 由美国 ACCEL 公司推出的 TANGO 软件 用于电子辅助设计 这个软件包开创了 电子设计自动化 EDA 的先河 1991 年 Protel 公司推出了第一个基于 Windows 平台下的 PCB 软件包 相 继推出了 Protel For Windows 1 0 Protel For Windows1 5 等软件 与 Protel for DOS 相比 在界面 易操作性和设计能力上都有了长足的进步 1994 年 Protel 公司首创 EDA Client Server 体系结构 使各种 EDA 工具 可以方便地实现无缝连接 确定了当今桌面 EDA 系统的发展方向 1996 年 Protel 公司收购了美国 NeuroCAD 公司 成为世界上拥有无网格布线技术的少 数几家公司之一 1998 年 Protel 公司推出 Protel 98 它是第一个包含 5 个核心模块的真 正 32 位的 EDA 工具 是将 Advanced SCH98 电路原理图设计 PCB98 印刷 电路板设计 Route98 无网格布线器 PLD98 可编程逻辑器件设计 SIM98 电路图模拟 仿真 集成于一体的一个无缝连接的设计平台 1999 年 Protel 公司又推出了新一代的电子线路设计系统 Protel 99 此系统引进了 MicroCode Engineering 公司的仿真技术和 IncaSEs 3 Engineering Gmbh 公司的信号完整性分析技术 2000 年 Protel 公司兼并了美国著名的 EDA 公司 ACCEL PCAD 随后推 出了 Protel 99 SE 进一步完善了 Protel 99 软件的高端功能 其主要模块有 原理图设计 原理图仿真 PCB 设计 PLD 设计 信号完整性分析等 二 Protel 99 SE 的特性 Protel 99 SE 作为常用的电路设计软件 引进了许多新的概念和功能 下 面介绍 Protel 99 SE 较以前 Protel 版本的新特性 灵活的文档管理 多样的模版 丰富的原理图原件库和 PCB 封装库 丰富的设计向导功能 增强的元件布局工具 增强的手动布线方式 增强的绘图及处理功能 优越的混合信号电路仿真 简单的同步设计 先进的信号完整性分析 更容易进行 PLD 设计 增强的 PCB 布局规则 良好的兼容性 4 二 设计印制电路板基本知识 一 印刷电路板介绍 印刷电路板 Printed Circuit Board 简称 PCB 又称印制板 是进行电 子产品设计工作的一个重要步骤 其质量将直接影响到成品质量与稳定性 因 此 在整个设计工作工程中 印制电路板的设计工作时一个不容忽视的环节 对于 Protel 99 SE 的初学者来说 印制电路板的设计工作是一个不小的挑战 本论文就详细讲述了印制电路板的设计流程及方法 1 关于 PCB 的有关知识 1 PCB 介绍 PCB 是电子产品的重要部件之一 几乎每种电子设备 小到电子手表 计 算器 大到计算机 通信电子设备 自动化控制系统 只要存在电子元器件 它们之间的电气互连就要使用 PCB 在电子产品的研发过程中 影响电子产品 成功的最基本因素之一是该产品的 PCB 的设计和制造 PCB 的设计和制造质量 直接影响到整个电子产品的质量和成本 甚至影响电子产品在市场竞争中的竞 争力 在电子技术发展早期 元件都是用导线连接的 而元件的固定是在空间中 立体进行的 电路由电源 导线 开关和元器件构成 就像实验室里电工实验 电路那样 随着电子技术的发展 电子产品的功能 结构变得很复杂 元件布局 互连布线都不能像以往那样随便 否则检查起来就会眼花缭乱 因此 人 们对元件和线路进行了规划 用一块板子为基础 在板上分配元件的布局 确 定元件的接点 使用铆钉 接线柱作为接点 用导线把接点按照电路要求 在 板的一面布线 另一面装元件 这就是最原始的电路板 这种类型的电路板在 真空电子管时代非常盛行 线路的接法有直线连接 接点到接点的连线拉直 和曲线连接 后来 大多数人采用曲线连接 尽量减少使用直线连接 线路都 在同一个平面分布 没有太多的遮盖点 检查起来容易 这时电路板已初步形 5 成了 层 的概念 单面敷铜板的发明 成为电路板设计与制作新时代的标志 布线设计和制 作技术都已发展成熟 先在敷铜板上用模板印刷防腐蚀膜图 然后再腐蚀刻线 这种技术就像在纸上印刷那么简便 印刷电路板 因此得名 英文 Printed Circuit Board 简称 PCB 印刷电路板的应用大幅度降低了生产成本 从晶体 管时代到现在 这种单面印刷电路板一直得到了广泛的应用 随着技术进步 人们又发明了双面板 即在板子两面都敷铜 两面都可腐蚀刻线 2 PCB 制造工艺 我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜 挠性的绝缘基材 印上 有银白色 银浆 的导电图形与健位图形 因为通用丝网漏印方法得到这种图 形 所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板 而我们去电脑城看到 的各种电脑主机板 显卡 网卡 调制解调器 声卡及家用电器上的印制电路 板就不同了 它所用的基材是由纸基 常用于单面 或玻璃布基 常用于双面 及多层 预浸酚醛或环氧树脂 表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成 这种线路板覆铜簿板材 我们就称它为刚性板 再制成印制线路板 我们就称 它为刚性印制线路板 单面有印制线路图形我们称单面印制线路板 双面有印 制线路图形 再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板 我们就称其 为双面板 如果用一块双面作内层 二块单面作外层或二块双面作内层 二块 单面作外层的印制线路板 通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图 形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层 六层印制电路板了 也称为 多层印制线路板 单面刚性印制板 单面覆铜板 下料 刷洗 干燥 钻孔或冲孔 网印线路抗蚀刻图形或使用干膜 固化检查修板 蚀刻铜 去抗蚀印料 干燥 刷洗 干燥 网印阻焊图形 常用绿油 UV 固化 网印字符标记图形 UV 固化 预热 冲孔及外形 电气开 短路测试 刷洗 干燥 预涂助焊防氧化 剂 干燥 或喷锡热风整平 检验包装 成品出厂 双面刚性印制板 双面覆铜板 下料 叠板 数控钻导通孔 检验 去 毛刺刷洗 化学镀 导通孔金属化 全板电镀薄铜 检验刷洗 网印负 性电路图形 固化 干膜或湿膜 曝光 显影 检验 修板 线路图形电镀 6 电镀锡 抗蚀镍 金 去印料 感光膜 蚀刻铜 退锡 清洁刷洗 网印阻焊图形常用热固化绿油 贴感光干膜或湿膜 曝光 显影 热固化 常 用感光热固化绿油 清洗 干燥 网印标记字符图形 固化 喷锡或有机 保焊膜 外形加工 清洗 干燥 电气通断检测 检验包装 成品出厂 贯通孔金属化法制造多层板工艺流程 内层覆铜板双面开料 刷洗 钻定 位孔 贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂 曝光 显影 蚀刻与去膜 内层粗 化 去氧化 内层检查 外层单面覆铜板线路制作 B 阶粘结片 板材粘结 片检查 钻定位孔 层压 数控制钻孔 孔检查 孔前处理与化学镀铜 全 板镀薄铜 镀层检查 贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂 面层底板曝光 显影 修板 线路图形电镀 电镀锡铅合金或镍 金镀 去膜与蚀刻 检查 网印阻焊图形或光致阻焊图形 印制字符图形 热风整平或有机保焊膜 数控洗外形 清洗 干燥 电气通断检测 成品检查 包装出厂 2 电路板的发展及功能 1 电路板的发展 由于电路的复杂性 有时也用到 飞线 但电路的布线不是把元件按电路 原理简单连接起来就可以 电路工作时电磁感应 电阻效应 电容效应的都会 影响电路的性能 甚至会引起严重的质量问题 如自激 信号不完整传输 电 磁干扰等问题 飞线的方法只能解决少量的信号交错问题 数量太多是不可取 的 而且 硬要把所有线路都排在有限的两个面上 又要降低电磁感应 电阻 效应 电容效应 使得布线设计的任务十分艰巨 线太细太密 不但加工困难 干扰大 而且容易烧断和发生断路故障 若保证了线宽和线间距 电路板的面 积就可能太大 不利于精密设备的小型化 这些问题的出现促使了印制电路板 设计和制作工艺的发展 随着电子产品生产技术的发展 开始在双面电路板的基础上发展夹层 其 实就是在双面板的基础上叠加上一块单面板 这就是多层电路板 起初 夹层 多用做大面积的地线 电源线的布线 表层都用于信号布线 后来 要求夹层 用于信号布线的情况越来越多 这要求电路板的层数也要增加 但夹层不能无 限增加 主要原因是成本和厚度问题 电子产品设计要考虑性价比这个矛盾的 7 综合体 而最实际的设计方法仍然是以表层做信号布线层为首选 高频电路的 元件也不能排的太密 否则元件本身的辐射会直接对其他元件产生干扰 层与 层之间的布线应错开成十字走向 以减少布线电容和电感 2 印刷电路板的功能 印制电路板在电子设备中具有如下功能 提供集成电路等各种电子元器件 固定 装配的机械支撑 实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连 接或电绝缘 提供所要求的电气特性 如特性阻抗等 为自动焊锡提供阻焊图 形 为元件插装 检查 维修提供识别字符和图形 有关印制板的一些基本术语如下 在绝缘基材上 按预定设计 制成印刷 线路 印制元件或由两者结合而成的导电图形 称为印刷线路 它不包括印制 元件 印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或印制线路板 也称印 制板 电子设备采用印制板后 由于同类印制板的一致性 避免了人工接线的差 错 并可实现电子元器件自动插装或贴装 自动焊锡 自动监测 保证了电子 产品的质量 提高了劳动生产率 降低了成本 且便于维修 二 印制电路板的分类 根据电路层数分类 分为单面板 双面板和多层板 常见的多层板一般为 4 层板或 6 层板 复杂的多层板可达十几层 1 印制电路板分类 1 单面板 单面板 Single Sided Boards 在最基本的 PCB 上 零件集中在其中一面 导线则集中在另一面上 因为导线只出现在其中一面 所以这种 PCB 叫作单面 板 Single sided 因为单面板在设计线路上有许多严格的限制 因为只有一 面 布线间不能交叉而必须绕独自的路径 所以只有早期的电路才使用这类的 板子 2 双面板 双面板 Double Sided Boards 这种电路板的两面都有布线 不过要用上 8 两面的导线 必须要在两面间有适当的电路连接才行 这种电路间的 桥梁 叫做导孔 via 导孔是在 PCB 上 充满或涂上金属的小洞 它可以与两面的 导线相连接 因为双面板的面积比单面板大了一倍 而且因为布线可以互相交 错 可以绕到另一面 它更适合用在比单面板更复杂的电路上 3 多层板 多层板 Multi Layer Boards 为了增加可以布线的面积 多层板用上了 更多单或双面的布线板 用一块双面作内层 二块单面作外层或二块双面作内 层 二块单面作外层的印刷线路板 通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起 且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层 六层印刷电路板了 也称为多层印刷线路板 板子的层数就代表了有几层独立的布线层 通常层数 都是偶数 并且包含最外侧的两层 大部分的主机板都是 4 到 8 层的结构 不 过技术上理论可以做到近 100 层的 PCB 板 大型的超级计算机大多使用相当多 层的主机板 不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替 超 多层板已经渐渐不被使用了 因为 PCB 中的各层都紧密的结合 一般不太容易 看出实际数目 不过如果仔细观察主机板 还是可以看出来 2 国内外电路板的发展趋势 目前 全球 PCB 产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上 是各个 电子元件细分产业中比重最大的产业 产业规模达 400 亿美元 同时 由于其 在电子基础产业中的独特地位 已经成为当代电子元件业中最活跃的产业 2003 和 2004 年 全球 PCB 产值分别是 344 亿美元和 401 亿美元 同比增长率 分别为 5 27 和 16 47 我国的 PCB 研制工作始于 1956 年 1963 1978 年 逐步扩大形成 PCB 产业 改革开放后 20 多年 由于引进国外先进技术和设备 单面板 双面板和多层板 均获得快速发展 国内 PCB 产业由小到大逐步发展起来 2002 年 成为第三大 PCB 产出国 2003 年 PCB 产值和进出口额均超过 60 亿美元 成为世界第二大 PCB 产出国 我国 PCB 产业近年来保持着 20 左右的高速增长 并预计在 2010 年左右超过日本 成为全球 PCB 产值最大和技术发展最活跃的国家 从产量构成来看 中国 PCB 产业的主要产品已经由单面板 双面板转向多 9 层板 而且正在从 4 6 层向 6 8 层以上提升 随着多层板 HDI 板 柔性板 的快速增长 我国的 PCB 产业结构正在逐步得到优化和改善 在北美的许多印制板制造商们企盼着美国电子工业衰退的终结 但未见明 显回升 美国的印制板制造商们除了采取在本土裁员或关厂等应急措施外 为 了长远的发展 他们将战略重点转移到亚洲 西方厂商看重东方市场 电子制 造业在亚洲获得空前发展 尤其是在中国 目前 中国已经成为电子制造业大 国 随着改革开放的深入 以及中国的长治久安和社会的稳定 吸引了越来越 多的境外厂商 这是中国企业难得的机遇 只有牢牢抓住这个机遇 寻找差距 迅速提高自己 才能使中国的电子电路行业真正攀登世界高峰 10 三 基于 Protel 的多层板设计步骤 一 电路原理图设计 设计电路原理图是进行电路设计的第一步 也是最重要的一步 电路原理 图的设计是否正确 结构是否严谨将直接影响都产品的使用效果 且由于 Protel 99 SE 软件中 绘制电路原理图是进行后面各种工作的前提 故电路原 理图的设计工作就显得尤为重要 1 电路原理图的设计要求 1 印制电路板设计中的基本要求 印制线路板上的元器件放置的通常顺序 I 放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件 如电源插座 指示灯 开 关 连接件之类 器件放置好后用软件的 LOCK 功能将其锁定 使之以后不会 被误移动 II 放置线路上的特殊元件和大的元器件 如发热元件 变压器 IC 集 成电路等 III 放置小器件 例如阻容器件 二极管等 元器件离板边缘的距离 可能的话所有的元器件均放置在离板的边缘 3mm 以内或至少大于板厚 这是由于在大批量生产的流水线插件和进行波峰焊 时 要提供给导轨槽使用 同时也为了防止由于外形加工引起边缘部分的缺损 如果印制线路板上元器件过多 不得已要超出 3mm 范围时 可以在板的边缘加 上 3mm 的辅边 辅边开 V 形槽 在生产时用手掰断即可 2 印制电路板的布线 印制导线的线长 印制导线的布设应尽可能的短 在高频回路中更应如 此 印制导线的拐弯应成圆角 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 当两面板布线时 两面的导线宜相互垂直 斜交 或弯曲 走线 避免相互平行 以减小寄生耦合 作为电路的输入及输出用的印制导线 应尽量避免相邻平行 以免发生回授 在这些导线之间最好加接地线 11 印制导线的宽度 铜膜线的宽度应以能满足电气性能要求而便于生产为 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 1 1 5mm 的线宽 能 够流过 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 线宽和线间隔都是 10mil 当焊盘之 间走一根线时 焊盘之间为 64mil 线宽与线距都为 12mil 1mil 0 0254mm 3 印制导线间距及接地的设置 印制导线的间距 相邻导线间距必须能满足电气安全要求 而且为了便于操作和生产 间距 也应尽量宽些 最小间距至少要能适合承受的电压 这个电压一般包括工作电 压 附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压 如果有关技术条件允许导线 之间存在某种程度的金属残粒 则其间距就会减小 因此设计者在考虑电压时 应把这种因素考虑进去 在布线密度较低时 信号线的间距可适当地加大 对 高 低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距 印制导线的屏蔽与接地 印制导线的公共地线 应尽量布置在印制线路板的边缘部分 在印制线路 板上应尽可能多地保留铜箔做地线 这样得到的屏蔽效果 比一长条地线要好 传输线特性和屏蔽作用将得到改善 另外起到了减小分布电容的作用 印制导 线的公共地线最好形成环路或网状 这是因为当在同一块板上有许多集成电路 特别是有耗电多的元件时 由于图形上的限制产生了接地电位差 从而引起噪 声容限的降低 当做成回路时 接地电位差减小 另外 接地和电源的图形尽 可能要与数据的流动方向平行 这是抑制噪声能力增强的秘诀 多层印制线路 板可采取其中若干层作屏蔽层 电源层 地线层均可视为屏蔽层 一般地线层 和电源层设计在多层印制线路板的内层 信号线设计在内层和外层 4 焊盘的直径和内孔尺寸 焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径和公差尺寸以及搪锡层厚度 孔径公 差 孔金属化电镀层厚度等方面考虑 焊盘的内孔一般不小于 0 6mm 因为小 于 0 6mm 的孔开模冲孔时不易加工 通常情况下以金属引脚直径值加上 0 2mm 作为焊盘内孔直径 如电阻的金属引脚直径为 0 5mm 时 其焊盘内孔直径对应 12 为 0 7mm 焊盘直径取决于内孔直径 5 跨接线的使用 在单面的印制线路板设计中 有些线路无法连接时 常会用到跨接线 在 初学者中 跨接线常是随意的 有长有短 这会给生产上带来不便 放置跨接 线时 其种类越少越好 通常情况下只设 6mm 8mm 10mm 三种 超出此范围的 会给生产上带来不便 2 布局 布线设计的基本原则 首先需要完全了解所选用元器件及各种插座的规格 尺寸 面积等 合理 地 仔细地考虑各部件的位置安排 从电磁兼容性 抗干扰性 走线要短 交 叉要少 电源和地线的路径及去耦等发明考虑 各部件位置定出后 就是各 部件的连线 按照电路图连接有关引脚 布局和布线两者都很重要 1 印制电路板板上各元器件的布局应遵循以下基本原则 按电路模块进行布局 实现同一功能的相关电路称为一个模块 电路 模块中的元件应采用就近集中原则 同时数字电路和模拟电路分开 定位孔 标准孔等非安装孔周围 1 27mm 内不得贴装元 器件 螺钉等 安装孔周围 3 5mm 对于 M2 5 4mm 对于 M3 内不得贴装元器件 电阻 二极管 管状电容器等元器件有 立式 和 卧式 两种安装 方式 立式指的是元器件体垂直于电路板安装 焊接 其优点是节省空间 卧 式指的是元器件体平行并紧贴于电路板安装 焊接 其优点是元器件安装的机 械强度较好 这两种不同的安装元器件 印制电路板上的元器件孔距是不一样 的 卧装电阻 电感 插件 电解电容等元件的下方避免布过孔 以免波峰 焊后过孔与元件壳体短路 元器件的外侧距板边的距离为 5mm 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于 2mm 金属壳体元器件和金属件 屏蔽盒等 不能与其它元器件相碰 不能 紧贴印制线 焊盘 其间距应大于 2mm 定位孔 紧固件安装孔 椭圆孔及板 中其它方孔外侧距板边的尺寸大于 3mm 发热元件不能紧邻导线和热敏元件 高热器件要均衡分布 13 电源插座要尽量布置在印制板的四周 电源插座与其相连的汇流条接 线端应布置在同侧 特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接 器之间 以利于这些插座 连接器的焊接及电源线缆设计和扎线 电源插座及 焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔 其它元器件的布置 所有 IC 元件单边对齐 有极性元件极性标示明 确 同一印制板上极性标示不得多于两个方向 出现两个方向时 两个方向互 相垂直 贴片焊盘上不能有通孔 以免焊膏流失造成元件虚焊 重要信号线不准 从插座脚间穿过 2 印制电路板板上各元器件之间的布线应遵循以下基本原则 印制电路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 即让某引线从别的电阻 电容 三极管脚下的空隙处 钻 过去 或从可能交叉的某条引线的一端 绕 过去 在特殊情况下如果 电路很复杂 为简化设计也允许用导线跨接 解决交叉电路的问题 画定布线区域距 PCB 板边 1mm 的区域内 以及安装孔周围 1mm 内 禁 止布线 电源线尽可能的宽 不应低于 18mil 信号线宽不应低于 12mil cpu 入出线不应低于 10mil 或 8mil 线间距不低于 10mil 正常过孔不低于 30mil 双列直插 焊盘 60mil 孔径 40mil 1 4W 电阻 51 55mil 0805 表贴 直插时焊盘 62mil 孔径 42mil 无极电容 51 55mil 0805 表贴 直插时焊盘 50mil 孔径 28mil 注意电源线与地线应尽可能呈放射状 以及信号线不能出现回环走线 总地线必须严格按高频 中频 低频一级级地按弱电到强电的顺序排列 原则 切不可随便乱接 级与级间的接线可长一些 特别是变频头 再生头 调频头的接地线的安排要求更为严格 如有不当就会产生自激以致无法工作 调频头等高频电路常采用大面积包围式地线 以保证有良好的屏蔽效果 强电流引线 公共地线 功放电源引线等 应尽可能宽些 以降低布线 电阻及其电压降 可减小寄生耦合而产生的自激 14 阻抗高的走线尽量短 阻抗低的走线可长一些 因为阻抗高的走线容易 发射和吸收信号 引起电路不稳定 电源线 地线 无反馈元器件的基极走线 发射极引线等均属低阻抗走线 射级跟随器的基极走线 收录机两个声道的地 线必须分开 各自成一路 一直到功效末端再合起来 如两路地线连接 极易 产生串音 使分离下降 板面布线应疏密得当 当疏密差别太大时应以网状铜箔填充 网格大于 8mil 或 0 2mm 3 电路原理图设计步骤 1 电路原理图的设计 电路原理图的设计是整个电路设计的基础 它决定了后面工作的进程 一 般的 设计一个电路原理的工作包括 设置电路图纸参数 装入所需的元件库 防置元器件 进行原理图布线 调整 检查及修改 最后存盘打印图纸 设置图纸的 大小 启动 Protel 99 SE 电路原理图的编 辑界面 加载元件库 进行原理图 布线 调整布线保存打印 图 3 1 电路原理图的设计流程 在原理图设计过程中 首先设置好图纸 网格和光标 以及窗口大小 然 后在元器件编辑器界面制作原理图所需器件 创建新元件 产生元件报表 绘 制原理图设计进阶 做好元件的自动编号 原理图的电气检查 即 ERC 在这 一过程中 要充分利用 PROTEL99 所提供的各种原理图绘图工具 各种编辑功能 15 来实现我们的目的 即得到一张正确 精美的电路原理图 2 原理图模块展示 部分 24C02 04 08 16 32 64 是电可擦除 PROM 分别采用 2256 512 1024 2048 4096 8192 8 bit 的组织结构以及两线串行接口 电压可 允许低至 1 8V 待机电流和工作电流分别为 1uA 和 1mA 24C02 04 08 16 32 64 具有页写能力 每页分别为 8 16 16 16 32 32 字 节 24C02 04 08 16 32 64 具有 8 pin PDIP 和 8 pin SOP 两种封装形式 如 图 3 2 所示 图 3 2 24C02 原理图 TLC549 是 TI 公司生产的一种性价比非常高的 8 位 A D 转换器 它以 8 位开关电容逐次逼近的方法实现 A D 转换 其转换速度小于 17us 它能方便 地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接 构成各种廉价的测控应用系统 如图 3 所示 16 图 3 3 TLC549 原理图 采用 D A 转换器 DAC7512 是只有 6 个引脚贴片 输出直接是多需电压 电路连接简单 占的空间非常小 DAC7512 是 12 位串行数模转换 输入有 4096 个不同的二进制组态 输出为 4096 个电压之一 精度非常高 时序也很简单 应用起来方便 如图 3 4 所示 图 3 4 DAC7512 原理图 红外线遥控器已被广泛使用在各种类型的家电产品上 它的出现给使用 电器提供了很多的便利 红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两 大部分组成 红外发射装置又可由键盘电路 红外编码芯片 电源和红外发射 电路组成 红外接收设备可由红外接收电路 红外解码芯片 电源和应用电路 组成 如图 3 5 所示 17 图 3 5 SM0038 原理图 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1 Wire 即点总线器件 具 有线路简单 体积小的特点 因此用它来组成一个测温系统 具有线路简单 在一根通信线 可以挂很多这样的数字温度计 十分方便 如图 3 6 所示 图 3 6 DS18B20 原理图 4 绘制原理图时的注意事项 在调整元器件的布局位置时应使它们放置在原理图纸中的最佳位置 方便 布线操作 在布线完成后 用户还要对所绘制的原理图进行进一步的调整和修 改 以保证原理图的美观和正确 这都需要对元件位置的重新调整 导线位置 的删除 移除 更改图形尺寸 属性及排列等 18 二 生成报表文件及其它报表 Protel 99 SE 系统具有丰富的报表功能 设计者可以利用 Protel 99 SE 各种不同类型的报表文件 通过这些报表文件 设计者可以掌握项目设计中各 种重要的相关信息 以便及时对设计进行校对和修改 并为制作印制电路板作 好准备 对于总项目来说 这些报表文件还将为预算和采购提供清单依据 1 生成网络表的操作步骤 1 打开准备产生网络表的原理图文件并执行菜单命令 Design Create Netlist 系统将弹出 Netlist Creation 设置对话框 即根据网络表的输出格 式和项目层次结构进行设置 生成网络表对话框包含 2 个选项卡 Preferences 选项卡和 Trance Options 选项卡 2 设置好后 进行生成网络表的过程 并生成网络表文件 其文件名 与主电路图的文件名相同 扩展名为 NET 图 3 7 网络表文件 2 生成其它报表 1 生成元件列表 元件列表一般又称为 元器件清单 Bill of Material 主要用途是整 理出一张原理图或一个项目中的所有元器件的标号 标注 封装等信息 以方 便设计人员检查核对以及采购人员预算和采购 19 2 生成元件引脚列表 Protel 99 SE 系统提供了生成元件引脚列表的功能 利用它可快速产生元 件的引脚列表 以方便设计过程中对有关引脚进行查询 如元件标号和引脚号 等 生成元件引脚列表分为两步来实现 首先选择需要查询的网络或元器件的 引脚 可选择某一网络节点 某一元件或多个元件 然后执行生成引脚列表命 令 3 生成网络比较表 网络比较表 Netlist Comparison 可用来比较用户指定的两份网络表 并将两者的差别列成文件 网络表文件既可以从原理图中生成 也可以从印刷 电路板电路中生成 三 PCB 设计 印制电路板 PCB 是电子产品的重要部件之一 几乎每种电子设备 小到 电子手表 计算器 大到计算机 通信电子设备 自动化控制系统 只要存在 电子元器件 它们之间的电气互连就要使用 PCB 在电子产品的研发过程中 影响电子产品成功的最基本因素之一是该产品的 PCB 的设计和制造 PCB 的设 计和制造质量直接影响到整个电子产品的质量和成本 甚至影响电子产品在市 场竞争中的竞争力 1 PCB 板层 1 信号层 Signal layers 主要放置玉电气信号相关的对象 一般双层板包括 TopLayers 顶层 和 BottomLayers 底层 对于多层板还会包括 MidLayers 中间层 顶层用玉放 置原件及部分信号线 底层用于做焊锡面 中间层通常布置信号线 2 内部电源 接地层 Internal planes 在多层板中经常会设置若干个内部电源 接地层 用于布置电源及接地 通 常整层用做电源 底层 这样信号层的电源和底线都可以接到这些层面来 一方 面简化了信号层的布线操作 另一方面通过合理的布置电源 接地层也有利于提 20 高电路板的电磁兼容性 3 机械层 Mechanical layers 机械层用于绘制各种指示性标识和说明文字 新建的 PCB 文件系统默认信 号层为两层 机械层是一层 通过管理层堆栈可以添加信号层和内部电源 接地 层 而添加机械层需要通过机械层设置对话框来实现 Enable 使能该层 即添加该机械层 Layer Name 设置当前机械层的名称 该项为文本项 可直接进行修 改 Visible 设置该层是否可见 Display In Single Layer Mode 设置是否在单层显示时将该层内容 放到各层上 4 阻焊及锡膏防护层 Masks0 Top Solder 设置顶层阻焊层 Bottom Solder 设置底层阻焊层 Top Paste 设置顶层锡膏防护层 Bottom Paste 设置底层锡膏防护 5 丝印层 Silkscreen 丝印层用于绘制元件的外形轮廓和元件序号 在制版时印制到电路板上 便于焊接元件和读板 Top Overlay 选择是否设置顶层丝印层 Bottom Overlay 选择是否设置底层丝印层 6 禁止布线层 Keep Out 用于在电路板布局时设定放置元件和导线的区域边界 禁止布线层在实际 电 路板中也没有实际的层面对象与其对应 属于 PCB 编辑器的逻辑层 它起 着规范信号层布线的目的 21 图 3 8 Document Options 对话框 2 PCB 板设计的基本原则 PCB 板设计的好坏对电路板抗干扰能力的影响很大 因此 在进行 PCB 设 计时 必须遵守 PCB 设计的一般原则 以达到抗干扰设计的要求 要使电子电 路获得最佳性能 元件的布局 布线 焊盘大小及元器件连线等设计都是很重 要的 1 元件布局 可以将元件 元件类或封装分配给一个房间 房间可以定义在顶层或底层 并且可以确定目标保持在其内或其外 当移动房间时 房间内的实体也随之移 动 房间定义可以失效 可以被锁定 在进行手动布局时 移动器件期间 敲 N 可以使网络飞线暂时消失 当移动到指定位置后 网络飞线自动恢复 在 移动元件时 99 SE 的基于连接长度动态分析器会自动分析布局 好坏 并且 动态显示绿线 好 红线 坏 当元件移动或放置时 X Y 方向可以按不同 的格点移动 只要点 DesignOptions 菜单 在 Options 对话框中设置适合的格 点就可以 用 View Toolbars Component Placement 菜单切换布局工具条 利用布局 22 工具条可以方便的将元件按顶部 底部 左边 右边对齐 还可以将属于 Room 中的器件放到 Room 里 功能同 Tools Ineractive Placement 中的选项 可以 直接对 PCB 界面中的器件封装进行编辑 如对 PCB 中器件封装增加焊盘 操作 步骤 增加焊盘 将焊盘设置为被选中状态 将需要增加的元件设置为原始图素 选 ToolsConvertAdd Selected Prmitives to Component 元件全局编辑能力加强 支持元件标称全局调整 操作方法 在元件对话框中把其标志符由 U 变成 IC 然后单击对话框全局 编辑钮扩展改变 在匹配属性列 Designator 域输入 U 意味着找到所有标志 符以 U 字符开始的元件 在拷贝属性列 Designator 域设置 U IC 意 味着将所有标志符以 U 字符开始的元件改变为相应的以字母 IC 开始 然后按 OK 键执行改变 2 布线 电源 地线的处理 既使在整个 PCB 板中的布线完成得都很好 但由于电源 地线的考虑不周 到而引起的干扰 会使产品的性能下降 有时甚至影响到产品的成功率 所以 对电 地线的布线要认真对待 把电 地线所产生的噪音干扰降到最低限度 以保证产品的质量 众所周知的是在电源 地线之间加上去耦电容 尽量加宽电源 地线宽度 最好是地线比电源线宽 它们的关系是 地 线 电源线 信号线 通常信号线宽为 0 2 0 3mm 最经细宽度可达 0 05 0 07mm 电源线为 1 2 2 5 mm 对数字电路的 PCB 可用宽的地导线组成一个回路 即构成一个地网来使用 模拟电路的地不能这样使用 用大面积铜层作地线用 在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为 地线用 或是做成多层板 电源 地线各占用一层 从接地方式上看 在低频电路中 信号的工作频率小于 1MHz 它的布线和 器件之间的电感影响小 而接地电路形成的环流对干扰影响较大 因而应该用 23 一点接地 当信号工作频率大于 10MHz 时 地线阻抗变得很大 此时应尽量降 低地线阻抗 应采用就近多点接地 当工作频率在 1MHz 10MHz 时 如果采用 一点接地 其地线长度不应超过波长的 1 20 否则应采用多点接地法 Routing Corners 拐角方式 本规则设置 PCB 上铜模走线的拐角方式 包括拐角形状 大小和最大 最 小尺寸 这个下拉列表共包括 7 项 即 whole board 整个电路板 layer 板层 net class 网络分组 net 网络 from to class 网络飞线分组 和 region 范围 前 6 种规则适用范围的限定方法与最小间距规则的适用范围限定方法相同 style 有 45degrees 90 degrees 和 rounde 三种样式的选择 Routing Layers 布线层面 本规则主要用于自动布线 也用于手工布线 本规则为网络走线规定过孔 的尺寸 股则的适用范围设置方法与 Routing Corners 拐角方式 适用方式的 设置方法相同 规则的名称一般也都采用默认名 在 Rule Attributes 区域 可以设置过孔的外径与孔径的最大值 最小值和优先选用值 Width Constraint 布线宽度 铜膜线宽度应以满足电气特性参数而又便于生产为准则 其最小值取决于 流过它的电流 一般不宜小于 0 2mm 与使用环境温度 导线阻抗 元件数 过孔数以及运行频率等因素有关 经验公式 0 15 线宽 W A 导线宽度能宽 不能细 一般信号线推荐使用 10mil 线宽 手工布线注意事项 布线规则是设置布线的各个规范 例如 使用层面 安全间距 过孔间距 各组线宽等部分的规则 可通过 Design Rules 的 Menu 处从其它板导出后 再 导入这块板 还可以根据电路板自行规定其值 这个步骤不必每次都要设置 按 个人的习惯 设定一次就可以 安全间距 Routing 标签的 Clearance Constraint 它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离 一般双层 板子最小间距可设为 8mil 推荐值为 8mil 而对于多层电路板 线与线之间的 间距可设置范围 5mil 6mil 推荐值为 6mil 请使用以上推荐值 推荐值为绝 24 大多数制版厂家的推荐值 这些值仅供参考 若要使用更小的值 请先咨询制 版厂家 0 1mm 以下是绝对禁止的 走线层面和方向 Routing 标签的 Routing Layers 此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向 请注意贴片的单面板只 用顶层 直插型的单面板只用底层 但是多层板的电源层不是在这里设置的 可以在 Design Layer Stack Manager 中 点顶层或底层后 用 Add Plane 添加 用鼠标左键双击后设置 点中本层后用 Delete 删除 机械层也不是在 这里设置的 可以在 Design Mechanical Layer 中选择所要用到的机械层 并 选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示 过孔形状及走线线宽 过孔形状 Routing 标签的 Routing Via Style 它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内 外径 均分为最小 最 大和首选值 其中首选值是最重要的 过孔外径 内径比值一般为 2 1 对于 双层板 内径设置范围 15mil 18mil 外径设置范围 30mil 35mil 推荐值内径 为 16mil 外径为 32mil 对于多层板 过孔内径设置范围 8mil 10mil 外径设 置