《印制电路板设计技术》基本概念.doc

印制电路板设计技术基本概念一、Protel 99软件概述3、Protel99 SE的文件类型 在设计数据库中包含了全部的用户文件，文件类型以扩展名加以区分。Protel 99SE常见文件类型有：bak（自动备份文件） ddb（数据库文件） sch（原理图文件） pcb（电路板图文件） prj（项目文件） lib（元件库文件） net（网络表文件） pld（pld描述文件） txt（文本文件） rep（报告文件） ERC（电气规则测试报告文件）XLS（元件列表文件） XRF（交叉参考元件列表文件）等。二、电路原理图设计1、印制电路板设计分为三大步骤：（1）电路原理图的设计、（2）产生网络表、（3）印制电路板的设计。2、电路原理图设计的一般步骤：（1）新建电路原理图文件；（2）启动电路原理图编辑器；（3）设置图纸和工作环境；（4）加载元件库；（5）放置元件；（6）调整元器件布局；（7）进行布线及调整；（8）报表文件的生成；（9）文件的保存与输出。3、在原理图中，设计管理器由Explorer（设计浏览器）和Browse Sch（元件管理器）组成。设计浏览器用来管理设计数据库文件，元件管理器用来装载/删除元件库、选取与查找元件、打开元件编辑器。4、Protel 99SE中使用的尺寸是英制，它与公制之间的关系为：1 inch（英寸）=25.4mm，1 inch=1000 mil（毫英寸），1mm=40mil 。5、Snap Grid 表示捕捉栅格，用于将元件、连线放置在栅格上，使图形整齐且易画图；Visible Grid表示可视栅格，屏幕显示的栅格，用以确定元件位置；Electrical Grid 表示电气栅格，用于连线。6、Protel 99 SE提供的常用快捷键如下：PageUp：放大视图； PageDown：缩小视图；End：刷新视图；Space：被放置的对象旋转90度 ；Tab：在元件浮动状态时，编辑元件的属性；X：元件水平镜像翻转；Y：元件垂直镜像翻转；Esc：取消当前操作。 7、 直线LINE与导线Wire 的区别是： LINE是画直线的工具，没有电气连接意义；Wire是画导线的工具，有电气连接意义。在使用中两者不能互相代替。8、网络标号在电路原理图中具有实际的电气连接作用，只要网络标号相同的网络不管图上是否连接表示它们都是连接在一起的。9、主电路图的扩展名是：.prj，这个文件又称项目文件。10、电路原理图元件库的扩展名是.lib；而电路原理图文件的扩展名是. sch。11、制作新元件的一般步骤如下：（1）新建元件库；（2）设置工作参数；（3）绘制元件外形；（4）放置并编辑元件引脚；（5）编辑元件信息；（6）生成有关元件的报表；（7）元件保存。12、PCB 电路板的概念 所谓印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)就是以一定尺寸的绝缘板为基材，以铜箔为导线，通过印制板上的印制导线、焊盘及金属化过孔等来实现电路元件各个引脚之间的电气连接。13、单面板、双面板与多层板的区别是：单面板是一种单面敷铜，因此只能利用它敷了铜的一面设计电路导线和元件的焊接；双面板是包括 Top （顶层）和 Bottom （底层）的双面都敷有铜的电路板，双面都可以布线焊接，中间为一层绝缘层，为常用的一种电路板；如果在双面板的顶层和底层之间加上别的层，即构成了多层板。14、元件封装的概念：（1）元器件封装指元器件的外形形状和尺寸大小，也即指在PCB中实物大小,以便正确焊接板上，用特定的文字及数字描述。（2）元件封装由元件的投影轮廓、引脚对应的焊盘、元件标号和标注字符等组成。（3）元件封装的编号规则一般为：元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。根据元件封装编号可以区别元件封装的规格。例如AXIAL0.4表示该元件封装为轴状,两个引脚焊盘的间距为0.4英寸(400mil)；RB.2/.4表示极性电容类元件封装，两个引脚焊盘的间距为0.2英寸(200mil),元件引脚直径为0.4英寸(400mil)；DIP-16表示双列直插式元件的封装,两列共16个引脚.（4）常用元器件封装：电阻类无源元件，AXIAL0.31.0（数字表示焊盘间距，单位为英寸），一般用AXIAL0.3；无极性电容元件，RAD0.10.4（数字表示焊盘间距）；有极性电容，RB.2.4RB.51.0（斜杠前的数字表示焊盘间距，斜杠后的数字表示电容外直径）；二极管，DIODE0.4(小功率）、DIODE0.7(大功率)（数字表示焊盘间距）；石英晶体，XTALl ；晶体管（包括场效应管），TOXXX（其中XXX为数字，表示不同的晶体管封装），常见的封装属性为TO-18、TO-5、TO-92A（普通三极管），TO-22(大功率三极管）TO-3(大功率达林顿管），一般用TO-18、TO-5、TO-92A；可变电阻，VRlVR5；集成块，双列直插，DIPxx，（其中xx表示引脚数）；单列直插，SIPx，（其中x表示引脚数）；牛角连接器，IDCxx，（其中xx表示管脚数）；.整流桥，D-44，D-37，D-46，一般用D-37；三端稳压器，TO126h和TO126v、TO220H，一般用TO220H。15、焊盘与过孔的区别是：电路板与元件之间的联系就是焊盘（Pad），用于放置焊锡、连接导线和元件的脚；过孔(Via)又称金属化孔，用于实现不同导电层之间的电气连接。16、飞线与铜膜导线的本质区别是：飞线只是一种形式上的连线，它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义；电路板上用于传递各种电流信号的铜质导线称铜膜导线，简称导线，铜膜导线是根据飞线指示的焊盘的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。17、网络与网络表的区别：从一个元件的某个引脚上到其他引脚上的电气连接关系称为网络（Net）；网络表（Netlist）描述电路中元器件特征和电气连接关系，一般从电路原理图中获取，它是电路原理图设计和PCB设计之间的桥梁。18、安全间距：进行印制电路板设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造成相互干扰，就必须在它们之间留出一定的间距，这个间距就称为安全间距（Clearance）。19、可视栅格（Visible Grid）、捕捉栅格（Snap Grid）、元件栅格（Component Grid）和电气栅格（Electrical Grid）有何区别？可视栅格（Visible Grid）是系统提供的一种在屏幕上可见的栅格，通常可视栅格的间距为一个捕捉栅格的距离或是其数倍；捕捉栅格（Snap Grid）用于设置捕捉栅格（Snap）光标移动的间距；元件栅格（Component Grid）用于设置元件移动栅格（Component）光标移动的间距；电气栅格（Electrical Grid）主要是为了支持PCB布线功能而设置的特殊栅格，当任何导电对象（如导线、过孔、元件等）没有定位在捕捉栅格上是，就启动电气栅格，只可将某个导电对象移到另外一个导电对象的电气栅格范围内，就会自动连接在一起，一般比捕捉栅格的间距小一些。20、在Protel99SE中如何设置单位制？ Protel99SE提供Metric（公制）和Imperial（英制）两种计量单位，系统默认为英制，公制的默认单位为mm（毫米），英制的默认单位为mil（毫英寸），执行菜单命令View/Toggle Units就可以实现英制和公制的切换。1inch=25.4mm;1mil=0.0254mm;1mm=40mil。21、绝对原点与相对原点有何不同？为什么要设置当前原点？在PCB编辑器中，系统已经定义了一个坐标系，该坐标的原点称为Absolute Origin（绝对原点）,位于电路板图的左下角，一般在工作区的左下角附近设计印制电路板。用户可根据需要自己定义坐标系，只需设置用户坐标原点，该坐标原点称Relative Origin，或称当前原点。执行菜单命令Edit/ Origin/Set或单击工具栏中的图标按钮，将光标移到要设置为新坐标原点的位置，单击左键，即可设置新的坐标原点。若要恢复到绝对坐标原点，执行菜单命令Edit/ Origin/Reset即可。22、在Protel99SE系统中，提供了哪些工作层的类型？各个工作层的主要功能是什么？（1）Signal layers（信号层）；信号层包括Top layer（顶层）、Bottom layer（底层）和30个Mid layer（中间层），主要用于放置与信号有关的电气元素。 （2）Internal planes（内部电源/接地层）；主要用于布置电源线和接地线，该类型的层只能用于多层板结构中。（3）Mechanical layers（机械层）；它一般用于绘制各种指示标识和说明文字。（4）Solder Mask与Paste Mask（阻焊层和锡膏层）。 Top Solder（顶层阻焊层），Bottom Solder（底层阻焊层），用于在设计过程中匹配焊盘，使电路板上非焊接处的铜箔不粘锡，避免短路，是自动产生的。Top Paste（顶层锡膏层）、Bottom Paste（底层锡膏层），锡膏防护层的作用与阻焊层相似，不同的是在机器焊接时对应表面贴片元件的焊盘。（5）Silkscreen（丝印层）：丝印层主要用于放置元件的轮廓、标注和各种注释等印制信息。 （6）Other（其他工作层）。 Keep out（禁止布线层）：用于设定电路板电气边界和禁止布线区。 Multi layer（多层）：用于放置所有穿透式焊盘和过孔。 Drill layer（钻孔层）：用于标识钻孔的位置和尺寸类型。23、在进行PCB设计中，加载网络表和元件时发生的网络错误主要有哪几种，应如何解决？常见的错误和警告： “Error: Footprint xxx not found in Library”： 错误：封装xxx没有在库中发现。一般为元件所在的封装库文件没有加载。 “Warning: Alternative footprint xxx”： 警告：封装xxx管脚悬空。如果是原理图中该管脚实际就没有用到，就是空着的，就不必理会这个警告；如果该管脚用到了，现在系统提出了警告，你就应该回到原理图设计器，检查该管脚上的布线，最后重新生成网络表，重复加载网络表操作。 “Error: Component not found”： 错误：没有发现元件封装。原因可能是没有加载库文件，或是在原理图设计时没有指定该元件的封装形式。应该回到原理图设计器，检查某个元件是否指定封装。最后重新生成网络表，加载所需元件封装库文件，重复加载网络表操作。 “Error: Node not found”：封装可以找到，但是管脚号和焊盘号不一致，例如二极管A改为1，K改为2 24、Protel99SE提供的群集式和统计时两种自动布局方式各适用于什么场合？ 群组式自动布局方式适合元件数小于100个的电路；统计式自动布局方式适合元件数量超过100个的电路。 25、如果没有特殊要求，应该如何布局？元件布局的一般原则：（1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。（2）以每个电路的核心元件为中心，围绕它进行布局，元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各个元件之间的引线和连接。（3）易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。（4）某些元件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引起短路。带强电的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（5）较重的元件，应当用支架加以固定，然后焊接。（6）发热元件应放在有利于散热的位置，必要时可装散热器。（7）热敏元件应远离发热元件。（8）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，应考虑整机的结构。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。（9）位于电路板边缘的元件，离电路板边缘一般在2mm以上。（10）电路板的最佳形状为矩形，长宽比例为32或43。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。 所以说，如果没有特殊要求，元件布局按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向；以每个电路的核心元件为中心，围绕它进行布局，元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各个元件之间的引线和连接。26、PCB浏览管理器是由几个部分组成？它们各自的含义是什么？PCB浏览管理器包括Nets、 components、 Library、 Net Classes、 Component Classes、 Violations和Ruls选项。（1）Nets（网络浏览器-网络管理），（2）Components（元件浏览器-元件管理），（3）Libraries （元件库浏览器-元件封装库管理），（4）Net Classes（网络类浏览器-网络分类管理）和（5）Components Classes（元件类浏览器-元件分类管理），（6）Violation（违反规则信息浏览器-违反规则信息查看管理），（7）Rule（设计规则浏览器设计规则符合查询管理）。27、简述PCB浏览管理器的主要管理功能。（1）Nets（网络浏览器），可以对电路板中的网络进行编辑和管理。（2）Components（元件浏览器），显示当前电路板中的所有元件名称和选中元件的所有焊盘。（3）Libraries （元件库浏览器），在放置元件时，必须使用元件库浏览器才会显示元件的封装名。（4）Violation（违反规则信息浏览器），错误检查管理，功能是按规则检查连线中的错误，可以查看当前电路板中的违反规则信息。（5）Rule（设计规则浏览器），可以查看并修改当前电路板中设计规则，查询符合某种设计规则的网络、过孔、焊盘和线径等各种图形。28、PCB浏览管理器对网络对象是如何管理的？使用Nets（网络浏览器）对电路板中的网络进行编辑和管理。Nets（网络浏览器）包括Edit按钮，编辑网络名称和颜色等； Zoom按钮，确定网络显示的比例； Select按钮，将网络反相显示。Nodes区域用于选择该网络上的焊盘，各选项功能是对焊盘进行属性编辑。管理器下部的导航框内显示选择的网络和焊盘在电路板图上的位置，Mangnifier按钮在导航框内移动时用于放大被选网络和焊盘周围的情况，在电路板编辑窗口移动时可以移动整个电路板图，Configure按钮用于设置放大比例，Current Layer区域用于显示和更换当前的电路板层面。29、PCB浏览管理器对元件、元件库和元件类各是如何管理的？ 使用Components（元件浏览器），分别用于选择元件、编辑元件封装、设置放大比例和元件反相显示，各个功能按钮的功能与网络管理类似；使用Libraries （元件库浏览器），Browse按钮用于选择已加入管理器的元件封装，Add/Remove按钮用于向管理器中添加或移去元件封装库，Edit按钮用于进入元件封装编辑器编辑元件的封装图形，Place按钮用于将选择的元件封装放置到电路板图中；使用Components Classes（元件类浏览器），与元件管理功能相似。 （1）Nets（网络管理），（2）Components（元件管理），（3）Libraries （元件封装库管理），Browse按钮用于选择已加入管理器的元件封装，Add/Remove按钮用于向管理器中添加或移去元件封装库，Edit按钮用于进入元件封装编辑器编辑元件的封装图形，Place按钮用于将选择的元件封装放置到电路板图中。（4）Net Classes（网络分类管理）和（5）（元件分类管理），网络分类管理与元件分类管理基本上与网络管理功能相似。（6）Violation（错误检查管理），功能是按规则检查连线中的错误。 （7）Rule 规则符合查询管理），查询符合某种设计规则的网络、过孔、焊盘和线径等各种图形。 30、电路板的物理边界与电气边界有何区别？ 物理边界是指电路板的机械外形和尺寸，比较合理的定义方法是在一个机械层上绘制电路板的物理边界，而在其他的机械层上放置物理尺寸、队列标记和标题信息等。一般在Mechanical 1或 Mechanical 4上绘制电路板的物理边界；电气边界是指在电路板上设置的元件布局和布线的范围，电气边界一般定义在禁止布线层（Keep Out Layer）上。31、填充块与铺铜有什么区别？为何要添加铺铜？铺铜格式有哪几种？（1）填充块与铺铜的区别首先填充块填充的是整个区域,没有任何遗留的空隙；铺铜则是用铜膜线来填充区域，线与线之间是有空隙的。另外，填充块会覆盖该区域内的所有导线、焊盘和过孔，使他们具有电气连接关系，而铺铜则会绕开区域内的所有导线、焊盘、过孔等具有电气意义的图件，不改变他们原有的电气连接关系。（2）添加铺铜的目的在高频电路中，为了提高PCB的抗干扰能力，通常使用大面积铜箔进行屏蔽和散热，一般要对铜箔进行开槽，实际使用中可以通过放置多边形来解决开槽问题。（3）添加填充块的目的 在印制电路板设计中，为提高系统的抗干扰性，以及根据地线尽量加宽原则和利于元件散热，通常需要设置大面积的电