PCB手工布线_2.doc

8.5 元件布线PROTEL99SE同样提供了功能强大的自动布线功能，其自动布线的布通率令人叹服。但是，往往在自动布线后经过仔细检查，却不难发现有许多缺陷。例如，绕线过长、焊盘跟部的布线偏离焊盘中心，个别天线条尚未布通等。所以往往还必须手工布线，以调整其美观程度，使其更趋于合理。对于电路极其简单的电路板，也可以不通过自动布线，直接进行手工布线。8.5.1 印制板布线原则与布局类似，电路板布线同样没有一个完整的原则可言，布线的优劣实际上大多取决于经验和精力。其大致原则一般可归纳为：走线应尽可能短，可能的话，尽可能用单面板布线，以使造价最省，连线的线宽视通过的电流大小而定，在板面允许时，尽量增加线宽。当前普通的制板技术，线宽不小于0.3mm时，方能保证可靠。电源线和地线尽可能加宽，有利于降低连线电阻。线与线的间距应根据线宽、两线之间的最大电位差要求的最小电气间隙及爬电距离、电路板的使用环境等综合考虑来决定。在高输入阻抗线路中，应考虑电路板的漏电流对输入的影响，布线时应采取措施予以防护。单面板只在一面布线，只要将电路连接点用合适宽度的导电图形连通即可，一旦有两个点之间无法直接连通，允许使用外加跨接线。双面板在两面布线，布线原则是一面以横线为主，另一面以纵线为主，两面连线的连接，可以通过引线孔实现。双面板一般不允许用跨接线连通。为防止信号干扰，还应注意信号线与地线的布置原则：1首级输入线与末级的输出线、强电流线与弱电流线、高频线与低频线等应分开走，其间距离应足够大，以避免相互干扰。2合理布置接地线（电子线路中的地通常是指电路电路的公共参考点，并非指大地）。为避免各级电流通过地线时产生相互间的干扰，特别是末级电流通过地线对第一级的反馈干扰，以及数字电路部分电流通过地线对模拟电路产生干扰，通常采用地线割裂法使各级地线自成回路，然后再分别一点接地。换句话说，各级的地是割裂的，不直接相连，然后再分别接到公共的一点地上。根据上述一点接地的原则，布置地线时应注意如下几点：1）输出级与输入级不允许共用一条地线。2）数字电路与模拟电路不允许共用一条地线。3）输入信号的“地”应就近接在输入级的地线上。4）输出信号的“地”应接公共地，而不是输出级的“地”。5）各种高频和低频退耦电容的接“地”端应远离第一级的地。显然，上述单点接地的方法可以完全消除各级之间通过地线产生的相互影响，但接地方式比较麻烦，且接地线比较长，容易产生寄生振荡。因此，在印刷电路板的地线布置上常常采用另一种地线布置方式，即串联接地方式，各级地一级级直接相连后再接到公共的地上。在这种接地方式中，各级地线可就近相连，接地比较简单，但因存在地线电阻，各级电流通过相应的地线电阻产生干扰电压，影响各级的工作。为了尽量抑制这种干扰，常常采用加粗和缩短地线的方法，以减小地线电阻。 8.5.2 元件连线1画线前的准备工作1）设置信号层：打开Bottom Layer底层或Top Layer顶层，其方法为，执行Design设计菜单命令，点击选项Option下拉菜单，弹出Document Options对话框，点击Layers层标签，可发现该框架下具有许多“层”前面的单选框，见图8-28所示。在需要的框上点击打勾，即选中了该层，这里须按图示打开有关层，其中包含Bottom Layer底层和Top Layer顶层，按钮关闭该对话框。图8-28 层对话框2）选择线条宽度，其方法为：执行Design菜单命令，点击Rulse下拉菜单，弹出Design Rulse对话框，见图8-29所示。图8-29 布线设置对话框3）点击Routing标签，在Ruls Classes栏下移动滚动条至最下方，点击Width Constraint行命令，其对话框下方显示当前默认的线条宽度。按钮，进一步弹出线条宽度设置对话框，见图8-30所示。可修改线条的最大、最小和合适的线条宽度。图8-30 线条宽度设置对话框4）在绘图区下方点击Bottom Layer底层（或Top Layer顶层），使之跃于其他层之上方为可用状态。见图8-31所示。图8-31 选择一个层为可用状态5）用本章83（放置元件、焊盘和过孔）之一（放置元件）介绍的方法获取要连线的元件。6）下达连线命令，即点击绘图工具上的图标，或执行Place菜单下的Track命令。此时已下达了画线命令，光标呈“十”字状，接下来就可以在幅面上画线了。2两个元件引脚对齐情况下的直线连线对如图8-32所示的三极管3脚和电阻2脚之间要进行直线连接的情况，操作最简单。 图8-32 连线前 图8-33 连线后，光标上继续连着线条在已下达了画线命令，光标呈“十”字状时，移动光标到三极管3脚上点击一下，决定了线条的起点，再移动光标到电阻2脚上点击一下，即连接好了。此时光标上继续留有线条，通过移动鼠标可观察到。可以继续连接到别的元件的引脚，见图8-33所示。这里要停止画线，按一下鼠标右键扯断与光标上的连线，才决定了线条的终点。但光标上还有“十”字，表示依然处于画线状态，实际上是可以再决定另一个线条的起点的，如果不再需要画线，再按一下鼠标的右键，才撤销画线命令。可下达其他命令。完成直线连线的线条如图8-34所示。图8-34 完成直线连线的线条由此可见，在画好一条连线后，按一下右键，才扯断鼠标上的连线，只有按两下右键，才撤销画线状态。初学者往往不注意这一点，在画线状态时就欲去执行下一个其他命令，结果下一个命令不但不能被执行，还导致原视觉幅面内的图形跑到屏幕以外的区域去了，初学者要找回来亦非易事。3两个元件引脚不对齐情况下的折线连线还利用图8-32，现在要把两元件的1脚连接起来。如果这两个脚在45线上，连接方法和上面直线连接是相同的。现在这两元件的1脚不在45线上。正常情况下，按图8-33先平后折（或先垂后折）连接。注意，折线连接在决定终点时需要按两下鼠标左键，第一次按鼠标左键决定的是转折点，第二次按鼠标左键才决定电阻1脚的真正终点。 图8-33 折线连接 图8-34 对偶折线连接在下达起点命令后如果按一下空格键则可实现先折后平（先折后垂）连接，如图8-34所示。4几种特殊的连接形式以下介绍几种特殊的连接方法，如任意角度直线连接、直角连接、弧形连接等，其操作方法都是由Shift键+空格键控制的，其Shift键+空格键的按键次数决定了连接形式。具体的，移动光标到线条起点，按一下鼠标左键，便确定了线条的起点，再移动光标至线条的终点，此时不要按鼠标左键，而是按Shift键+空格键，数次，每次都改变连接形式，通过目测确定了某一种连接形式后，按鼠标左键确定终点，才确定了连接形式。在准备选择某一种连接形式后，未按鼠标左键确定终点前，按空格键，可得到与目测的连接形式的对偶连接形式。具体的有如下所示的几种。任意角度直线连接形式 90连接形式 90连接对偶形式 圆弧连接（1） 圆弧连接（1）对偶形式 圆弧连接（2） 圆弧连接（2）对偶形式图8-35 线条的几种特殊连接形式两点连线除以上几种外，还可以组合成另外的连线，这里就不一一叙述了。 5不同板层之间的连线过孔的使用 对于双面板或多层板的连线，如果线条在走线时被同一层的另一个线条所阻挡，如图8-36所示，在被阻挡前可通过过孔孔壁的金属转到另一层来继续走线，然后到终点的焊盘上确定和焊盘连接。 图8-36 线条被同层线条阻挡 图8-37 通过过孔在不同层交叉连线具体方法为：决定起点后，确定从起点开始的一部分线条，当继续想越过同层线条时，按小键盘区的“+”号，可自动放置过孔，使上、下板层之间通过过孔的孔壁金属而实现连接，到另一层继续绘制余下的连线，至终点焊盘时固定之，见图8-37所示。8.6 元件重新标注 当元件在电路板上的位置都固定以后，元件序号可能排列的较乱，可以进行元件序号的重新标注。 执行菜单命令Tools，弹出下拉菜单，点击Re-Annotate，弹出Positional Re-Annotate对话框，如图8-38所示。图8-38 元件重标注对话框 可以继续点选左侧5个单选钮，用以选择元件序号的重新排列顺序，按钮确定。8.7 PCB元件设计PCB封装元件实际上就是元件外观和元件引线端子的图形。PCB封装元件基本可分为两类：传统插板式元件和表面贴附式元件，其在电路板上的安装形式和相应的PCB封装图形见图8-39所示。他们大致都是由两部分组成：外形轮廓和引线端子。外形轮廓在PCB上是以印刷油漆的形式体现的；引线端子在PCB上又是以焊盘的形式体现的。因此，各引线端子的间距就决定了该元件相应焊盘的间距，这是与电路图元件图形的引线所不同的。例如：一个1/4W的电阻器与一个2W的电阻器其电路图元件图形是没有区别的，而其PCB图元件却有外形轮廓的大小和引线间距的大小之分。1N40071N4007（1）传统插板式DIP元件 （2）表面贴附式SMD元件图8-39 传统插板式元件与表面贴附式元件的比较要设计一个特定的PCB图，必须先具有这个电路系统中所有PCB封装元件。虽然Protel99SE提供了许多的PCB封装元件，但是，毕竟全世界各个元器件制造企业每天都有新的元器件问世。所幸，PROTEL各个版本的软件都提供了手工制作新的元器件的接口部分，PROTEL99SE也不例外。所以，必须学会自己制作PCB封装元件。PCB封装元件是分门别类地存放在PCB元件库中的。一个PCB元件库里可以只有一个PCB元件，也可以拥有多个PCB元件。鉴于这种关系，显然，要制作一个PCB封装元件，必须先创建一个PCB元件库，然后就可以在这个PCB元件库中制作PCB封装元件并可以添加多个PCB封装元件。8.7.1 PCBLib编辑器启动打开Protel99SE，建立一个*.ddb设计数据库，执行菜单命令FileNew弹出NewDocument选择文档类型对话框如图8-40所示。对话框中PCB Library Document图标即为创建元件库的图标。图8-40 选择设计文档对话框8.7.2 新建与打开PCB元件库1新建PCB元件库双击上述对话框中PCB Library Document图标创建PCB元件库，即建立了一个新的电路板图元件库，弹出设计文档对话框，如图8-41所示，此时可以修改新建的电路板图元件库的名字，方法是右击新建立的电路板图元件库文件PCBLIB.LIB，在弹出的快捷菜单中点击Rename，如修改为MyPCBLIB.LIB。图8-41 新建PCBLIB元件库文件2打开PCB元件库双击PCB元件库MyPCBLIB.LIB图标，进入PCBLIB元件库编辑器界面，如图8-42所示。 图8-42 PCBLIB元件库编辑器界面3绘图工具PCBLibPlacementTools简介默认情况下，系统按图8-43的其中一种形式显示PCBLibPlacementTools绘图工具栏。 （1） 浮动形式 （2） 边缘固定形式图8-43 绘图工具栏如果没有显示，则执行菜单命令ViewCustomize，弹出Customize对话框，见图8-44。点击Toolbars标签，将PCBLibPlacementTools单选框选中，使其为（为选中），按Close关闭该对话框，此时便可弹出PCBLibPlacementTools绘图工具栏。该绘图工具栏如果以一整条的形式出现时，则被嵌在软件界面的四个边缘上，不太容易察觉，可仔细查找一下。如果还是没有显示，可能在操作界面之外，只要将操作系统显示属性设置为1024768象素点便会出现。Pad：焊盘工具，用于绘制焊盘。焊盘是用于连接PCB和元件引线端子的，即PCB和元件是依靠在焊盘处用焊料来焊接以进行可靠接触，对于直插式元件，焊盘中心还必须有穿孔，由于该孔穿透PCB的每一层，所以直插式元件元件的焊盘一般是以复合层（Multil Layer）来体现的。Track：线条工具，用于绘制线条。绘制线条与所选的层有关系，在PCB元件制作时，线条工具大都用于绘制PCB元件轮廓线，所以绘线时大多选在顶层丝印层（TopOverlay），也有选在底层丝印层（BootOverlay）的，这两层表示PCB上该元件轮廓线最终是以油漆印刷的方式来表现的。图8-44 打开绘图工具栏PCBLibPlacementToolsArc：圆或圆弧工具。其作用同Track直线工具。在PCB封装元件绘制时，最常使用以上三项工具；较少使用以下的工具。Via：过孔工具，用于绘制过孔。过孔是实现将不同层（如顶层Top Layer和底层Boot Layer）的铜箔线条（Track）进行有效连接的。过孔不同于焊盘，他是不插接元件引线端子的。过孔和焊盘也有相似之处：孔壁布满了金属，称为金属孔化。String：字符工具。Full：填充工具。阵列粘贴工具。坐标工具。测量距离工具。8.7.3 元件库的管理1浏览已经存在的PCB封装元件库执行菜单命令FileOpen，弹出打开文件对话框，缺省情况下，按照：C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric FootPrints路径可以寻找到系统提供最常用的PCB封装元件库ADVPCB.ddb，该库中提供有常用的三极管、二极管、电阻器、电位器、电解电容器、无极性电容器、集成电路、开关、接插件、熔断器等。在打开该PCB封装库时可以通过点击或实现浏览。在附录中有该元件库中的常用PCB封装元件图形。2删除元件库中不需要的元件如果已经不需要元件库中的某元件，可删除之。其方法是：在已经打开的PCBLIB元件库编辑器界面中，点击元件库浏览器中欲删除的元件名称，见图8-45所示，执行菜单命令ToolsRemove Component，弹出消息框，按Yes钮即可。图8-45 浏览元件3编修已经存在的PCB封装元件库的焊盘端口号由于受绘制SCH电路图所用的SCH电路图元件的引线端口号（Numbel）限制，相应配套PCB封装元件的引线端口号必须与之相同。如果不相同，在下一节的PCB的自动获取元件和网络时会发生错误。因此，对已经存在的PCB封装元件有时是要编辑修改的，特别是引线端口号的编修会更多一些。例如：在绘制SCH电路图时使用了NPN三极管，并定义其封装属性（FootPrint）为TO-18，而NPN三极管在SCHLIB电路图元件库中的三个引线端口号（Number）是E、B、C；TO-18的PCB封装元件在PCBLIB.ddb库中的三个引线端口号（Designator）是1、2、3，那么就必须对引线端口号进行编修。至于采用对SCHLIB中的NPN的引线端口E、B、C编修为1、2、3，还是采用对PCBLIB.ddb中的TO-18的引线端口1、2、3编修为E，B，C，这都是可以的。多数情况下，采用后者。编修方法是比较简单的，以TO-18为例：打开ADVPCB.ddb元件库文件，点击以打开项目管理器，在Browse PCBLIB标签下方Components框架内的Mask框中输入TO-18*，按回车键，可发现列表框内仅显示TO-18开头的元件，点击TO-18，在工作区中显示TO-18的图形，见图8-46所示。图8-46 指定元件双击1号焊盘，打开该焊盘属性对话框，修改Designator栏内的1为E，按OK按钮。其余两个焊盘也如此编修，将2修改为B，将3修改为C。见图8-47所示。图8-47 编修元件焊盘号同样，二极管也存在这种情况，SCHLIB库中二极管DIODE的引线端口号是A、K，PCBLIB.ddb库中的DIODE0.4的引线端口号是1、2，所以也要编修。8.7.4 手工创建新元件所谓创建元件，实质上是设计一个符合电路板元件安装安装尺寸的元件图形。电路板元件也叫电路板封装元件，对电路板封装元件的设计实际上就是绘制该元件的外形轮廓和焊盘。在创建了一个PCBLIB元件库的同时，随之也就创建了一个缺省名为PCBCOMPONENT_1的PCB元件。若要在一个已经存在的元件库再次创建一个元件，可在元件库编辑器界面中执行菜单命令Tools中的下拉菜单New Component命令，弹出欢迎进入PCB封装元件向导器消息框，如图8-48所示。图8-48 欢迎进入PCB封装元件向导器按钮取消向导，同样创建了一个名为PCBCOMPONENT_1的新元件。可到元件管理浏览器中的Component框架下搜寻到。可是这个名称并不是想要的。因此，必须要进行元件更名，所更改的元件名字就是电路图中某元件在调用该元件封装外形的名字，即Print Foot属性。若要更名，可执行菜单命令Tools中的下拉菜单Rename Component命令，在弹出的元件更名对话框输入所需要的元件封装名。接着就可以绘制外形轮廓和焊盘了。需要注意的是，在绘制外形轮廓时，一定要将线条绘制在Top Overlay层上。8.7.5 采用设计向导制作新元件Protel99SE提供了非常方便的PCB封装元件制作向导器，可制作许多种类型的元件封装。当执行菜单命令Tools中的下拉菜单New Component命令，弹出欢迎进入PCB封装元件向导器消息框后，按钮，可进行选择相应类型的元件封装外形、尺寸、焊盘等。8.7.6 PCB元件设计实例下面以具体的实例制作介绍元件封装的手工绘制和向导制作。在新元件库中制作封装元件，首先制作一个与9013配套的塑料封装小功率三极管的PCB封装元件。一、手工绘制封装元件1绘制三极管1）执行菜单命令ToolsRename Component.,弹出Rename Component输入框，将其中的PCBCOMPONENT_1更改为TO-92B，按OK按钮。如图8-49所示。图8-49 元件更名对话框2）放置焊盘（Pad）（1）放置第一个焊盘：点击，不要立即按左键固定，而是按Page Up或Page Down键实现放大或缩小至视觉范围后按下Tab键，用于打开Pad属性对话框，点击Properties标签，见图8-23所示，其中：XSize：焊盘宽度，这里输入50mil；YSize：焊盘高度，这里输入50mil；Shape：焊盘风格，点击其下拉箭头可三中选一； Roud：圆形，这里选之； Rectanglc：方形；如果是DIP系列集成电路，其1号端子所用的焊盘必须是方形，目的是用于对1号端子进行标识。 Octaguntl：八角形；此处选择Round。Designator：焊盘编号，这里暂时设置为1，以便于下面的一个命令要专门使用1号焊盘。待会儿才修改为三极管引线端子号E。焊盘编号必须与SCH电路图用相应元件的引线端子号相同。以三极管为例，在制作SCH元件时，如果定义其三个引线端子号（SCHLIB引线端子属性对话框中的Number栏而不是Name栏）为1、2、3，则在制作PCB封装元件时此处也必须定义为1、2、3；如果定义其三个引线端子号为E、B、C，则在制作PCB封装元件时此处也必须定义为E、B、C。HoleSize：焊盘孔径，这里使用缺省值30mil；Layer：焊盘所在的层，这里使用缺省层MultilLayer，为复合层；以下选项一般不用去修改：Rotation：旋转角度；XLocation：X轴坐标；YLocation：Y轴坐标；Locked：是否锁定；Selection：是否选中；Testpoint：是否设为测试点；上述Pad所有属性设置完，按OK钮关闭该对话框，移动元件到适当处，再按左键固定之。但光标上粘有下一个焊盘，暂时不用，可按右键取消。3）设置第一个焊盘为坐标原点其目的是让后面所放置的焊盘与第一个焊盘之间的相对位置、距离更明确。这一步往往是必须的。执行菜单命令EditSet ReferencePin 1实现。将光标移至焊盘中心，观察界面左下角的状态栏所显示的坐标，可发现此时光标位置为X：0mil Y：0mil，为新的坐标原点。如果SCH电路图上对应此三极管的引线端子号是E，则此时双击1号焊盘，将Designator修改为E。在刚刚放置该焊盘时置Designator属性为1而不是直接设置为E的原因是：菜单命令EditSet ReferencePin 1只对“1”号端子有效，对其他如“E”号端子无效。4）放置第二、三个焊盘步骤同第一个焊盘，除必须将焊盘编号分别直接置为B、C外，在决定这两个焊盘的位置时坐标显示的是与第一个焊盘的相对X、Y位置值。放置完成后的情况见图8-50。图中箭头和坐标值是后添加上去的。5）放置线条（Track）点击下方的层标签（顶层丝印层），点击，先在绘图区适当的线条起点处点击一下，按Tab键，用以打开线条属性对话框，设置好线条宽度（这里取10mil），再在三个焊盘周围按照图8-51绘制线条。图中箭头和Track字符是后添加上去的。Track0mil，0mil60mil，60mil120mil，0mil图8-50 焊盘放置后的情形 图8-51 线条放置后的情形如果Pad和Track绘制的不满意，可删除之。其方法是：对欲删除的目标对象点击一下，按Delete键。6）保存MyPCBLib.LIB执行菜单命令FileSave。至此，一个PCB元件和PCBLIB元件库制作完成。2添加电阻器1/4W普通金属膜电阻器的两个引线端子间距约为0.4英寸，即400mil，这为设置焊盘距离提供了依据。1）建立一个新元件执行菜单命令ToolsNew Component，弹出元件向导的消息框。按Cancel按钮取消向导，观察Browse PCBLib标签下产生了一个新元件PCBCOMPONENT_1。点击该新元件字符使其处于选中状态，见图8-52。图8-52 创建新元件2）新元件更名执行菜单命令ToolsRename Component，弹出元件更名对话，见图8-49所示。在元件更名对话框中输入AXIAL0.4，按OK钮。3）绘制焊盘和线条操作过程基本上同前述三极管，只不过引线端子号分别为1和2，完成后的图形如图8-53所示。3添加电解电容器按照添加电阻器的3个步骤进行，元件封装名称为RB.2/.4，只是在绘制线条时除了要用到来绘制“”号外，还要用到圆（Arc），绘制圆的说明如下：点击，点击绘图工具栏上的，按Tab键弹出Arc（圆弧）属性对话框，只需修改其Width（圆弧线宽度）为10mil，将光标移至两焊盘的中间位置（X：200mil， Y：0mil），按左键确定圆心，再移动光标至适当的半径处(如X：500mil，Y：0mil)，按左键确定半径。完成后的电解电容器的PCB封装如图8-54所示。最后别忘记要保存。图8-53 电阻的PCB封装 图8-54 电解电容器的PCB封装至此，已经创建了一个元件库，并在其中建立了三极管、电阻、电解电容器三个PCB封装元件。二、利用向导制作DIP系列集成电路PCB封装元件一