印制电路板设计基础ppt课件

.,1,第7章印制电路板设计基础,7.1印制电路板概述,7.2PCB图设计流程,7.3PCB的文件管理和工具,7.4PCB的参数设置,.,2,7.1.1印制电路板结构,印制电路板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜及焊等。绝缘材料一般用SiO2。,图7.1印制电路板的结构示意图,金属铜则主要是印制电路板上的电气导线，一般还会在导线表面再附上一层薄的绝缘层；焊锡则是附着在过孔和焊盘的表面。,每块印制电路板实际上都有两个面，习惯上根据使用的板层多少，分为单层板、双面板和多层板。,7.1印制电路板概述,.,3,1单层板一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。只能在敷铜的一面放置元器件和布线，适用简单电路。,2双面板包括TopLayer(顶层)和BottomLayer(底层)两层，两面有敷铜，中间为绝缘层。两面都可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。,3多层板包含多个工作层面。在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。多层板的设计往往不是面向元件和布线的设计，而是采用硬件描述语言(VHDL)来进行模块化设计的。其缺点是制作成本很高。,7.1印制电路板概述,.,4,4Tracks(铜膜导线)铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘。,飞线也称为预拉线，它是在系统装入网络表后，根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。,注：导线和飞线有着本质的区别，飞线只是一种在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。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。,7.1印制电路板概述,.,5,5Mask(助焊膜和阻焊膜)“膜”可分为元器件面(或焊接面)助焊膜(ToporBottomSolder)和元器件面(或焊接面)阻焊膜(ToporBottomPasteMask)两类。,助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡。,7.1印制电路板概述,.,6,6Layer(层)由于电子线路的元器件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制电路板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。,现在的计算机主板所用的印制电路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的GroundDever和PowerDever(电源布线层)，并常用大面积填充的办法来布线(如Fill)。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用Via(过孔)来沟通。,7.1印制电路板概述,.,7,7Pad(焊盘)焊盘是将元器件引脚与铜膜导线连接的焊点。焊盘是PCB设计中最重要的概念之一，选择元器件的焊盘类型要综合考虑该元器件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。,7.1印制电路板概述,自行编辑焊盘的原则：,(1)形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大。,(2)需要在元器件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。,(3)各元器件焊盘孔的大小要按元器件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0.20.4mm。,.,8,7.1印制电路板概述,8Via(导孔)导孔，也称为过孔。,用于连接各层导线之间的通路，当铜膜导线在某层受到阻挡无法布线时，可钻上一个孔，并在孔壁镀金属，通过该孔翻到另一层继续布线，这就是导孔。,导孔有3种，即从顶层贯通到底层的通导孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲导孔以及内层间的隐藏导孔。,.,9,7.1印制电路板概述,设计线路对导孔的处理原则：,(1)尽量少用导孔，一旦选用了导孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与导孔不相连的线与导孔的间隙。,(2)依据载流量的大小确定导孔尺寸的大小，如电源层和地层与其他层连接所用的导孔就要大一些。,图7.2导孔的外圆直径和过孔直径,.,10,9SilkcreenTop/BottomOverlay(丝印层)为方便电路的安装和维修，在印制电路板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元器件标号和标称值、元器件外廓形状和厂家标志、生产日期等，这就称为SilkcreenTop/BottomOverlay(丝印层)。,10Polygon(敷铜)对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用，提高印制电路板信号的抗电磁干扰的能力。,7.1印制电路板概述,.,11,在设计印制电路板时，一定会考虑到安装到该印制电路板的元器件有多少个，这些元器件的形状和尺寸是怎样的？,元器件封装就是表示元器件的外观和焊盘形状尺寸的图。既然元器件封装只是元器件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元器件封装仅仅是空间的概念，因此，不同的元器件可以共用同一个元器件封装；,另一方面，同种元器件也可以有不同的封装，如RES代表电阻，它的封装形式有AXIAL-0.3、AXIAL-0.4、AXIAL-0.6等，所以在取用焊接元器件时，不仅要知道元器件名称，还要知道元器件的封装。元器件的封装可以在设计原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。,7.1印制电路板概述,7.1.2元器件封装,.,12,元器件的封装形式可以分成两大类，即针脚式元器件封装和STM(表面粘贴式)元器件封装。,(1)针脚式元器件封装针脚式封装元器件焊接时先要将元器件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元器件封装的焊盘导通孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，PCB的层属性必须为MultiLayer(多层)。,图7.3AXIAL-0.4电阻封装,图7.4DIP-8双列直插式集成电路封装,1元器件封装的分类,7.1印制电路板概述,.,13,7.1印制电路板概述,(2)STM(表面粘贴式)元器件封装STM(表面粘贴式)元器件封装的焊盘只限于表面层，在其焊盘的属性对话框中，Layer(层)属性必须为单一表面，如TopLayer(顶层)或BottomLayer(底层)。,STM封装(表面粘贴式)元器件封装有陶瓷无引线芯片载体LCCC封装(如图7.5所示)、塑料有引线芯片载体PLCC封装(如图7.6所示)、小尺寸封装SOP封装(如图7.7所示)和塑料四边引出扁平封装PQFP封装(如图7.8所示)。,图7.5LCCC封装,图7.6PLCC封装,图7.7SOP封装,图7.8PQFP封装,.,14,元器件封装的编号一般为元器件类型+焊盘距离(焊盘数)+元器件外形尺寸。可以根据元器件封装编号来判别元器件封装的规格。如AXIAL-0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间的距离为400mil(约等于10mm)；DIP-16表示双排引脚的元器件封装，两排共16个引脚。,2元器件封装的编号,应用广泛的MiscellaneousDevices.IntLib元器件库中常用的元件封装如表7.1所示。,7.1印制电路板概述,.,15,7.1印制电路板概述,说明：Protel2004允许使用两种单位，即英制和公制。英制单位为inch(英寸)，在Protel2004中一般使用mil，即毫英寸，1mil=0.001inch。公制单位一般为mm(毫米)，1inch=25.4mm。,.,16,7.2.1PCB图设计的流程,布线,元器件的布局,装入元器件封装库及网络表,规划电路板,创建PCB文件,用SCH绘制电路原理图,文件的保存及输出,7.2PCB图设计流程及遵循原则,.,17,去耦电容配置,印制电路板电路的抗干扰措施,焊盘大小,布线应遵循的原则,布局应遵循的原则,各元器件之间的接线,7.2PCB图设计流程及遵循原则,7.2.2PCB设计应遵循的原则,.,18,PCB的文件管理包括有以下几种操作：新建PCB文件、打开已有PCB文件以及保存和关闭PCB文件。,7.3.1PCB的文件管理,7.3PCB的文件管理和工具栏,1新建PCB文件,Protel2004的PCB文件是根据相应的电路原理图进行设计，所以一般位于包含的原理图的项目文件之下，现在以前面设计好的ZDQ.PRJPCB项目文件，说明建立PCB文件的方法。,(1)打开ZDQ.PRJPCB项目文件。,(2)创建PCB文件。,.,19,执行选单命令FileNewPCB，系统即进入新PCB文件编辑画面。,图7.10新PCB文件编辑画面,7.3PCB的文件管理和工具栏,.,20,7.3PCB的文件管理和工具栏,执行选单命令FileNewPCB，系统即进入新PCB文件编辑画面，如图7.10所示。,图7.10新PCB文件编辑画面,.,21,执行选单命令FileSaveAs，弹出“保存PCB文件”对话框，在对话框上面的“保存在(I)”栏中选择项目文件存放的位置，一般应保存在和项目文件同一个文件夹，然后在对话框下面的“文件名(N)”栏中键入ZDQ后，单击按钮即可。,图7.11“保存PCB文件”对话框,7.3PCB的文件管理和工具栏,.,22,图7.12打开PCB文件,7.3PCB的文件管理和工具栏,2打开PCB文件,如果PCB文件已经建立，可以打开该PCB文件，操作方法有两种：,(1)首先按照目录打开PCB文件所在的项目文件。,(2)在Projects面板中双击要打开的PCB文件图标，如图7.12所示。,.,23,图7.13PCB文件的可保存格式,7.3PCB的文件管理和工具栏,3保存PCB文件,保存PCB文件的方法有多种：执行选单命令FileSaveAs，或单击工具栏中的保存按钮，保存当前正编辑的PCB文件，Protel2004可以还将PCB文件存为其他格式的文件，以方便其他PCB软件使用。,.,24,(1)执行选单命令FileClose。出现图7.14“确认保存”对话框。,(2)将鼠标指针指向编辑窗口要关闭的PCB文件标签，单击鼠标右键，弹出快捷选单，执行Close命令。,关闭PCB文件的操作方法有两种：,4关闭PCB文件,7.3PCB的文件管理和工具栏,图7.14“确认保存”对话框,.,25,PCB编辑器中的工具栏主要是为了方便设计者的操作而设置的，一些选单命令的运行也可以通过工具栏按钮来实现。当光标指向某按钮时，系统就会弹出一个画面说明该按钮的功用。,(1)标准工具栏如图7.15所示。该工具栏提供文件的打开、保存、打印、画面缩放、对象选取等命令按钮。,图7.15标准工具栏,通过选择执行ViewToolbarsPCBStandard选单命令，可对PCB标准工具栏打开与关闭操作。,7.3PCB的文件管理和工具栏,7.3.2PCB的工具栏,.,26,(2)布线工具栏如图7.16所示。该工具栏为设计者提供布线和图形绘制命令。布线工具栏中各按钮的功能如表7.2所示。,图7.16布线工具栏,7.3PCB的文件管理和工具栏,.,27,图7.17放置工具命令,7.3PCB的文件管理和工具栏,(3)放置工具命令如图7.17所示。利用实用工具栏中的放置工具命令按钮，可方便地进行放置导线、位置坐标、尺寸标注，设置光标原点，画圆弧、整圆，特殊粘贴等。放置工具栏中各按钮的功能如表7.3所示。,.,28,(5)查找选取工具命令如图7.19所示。使用该工具栏中的按钮，可以从一个选择物体以向前或向后的方向走向下一个。,7.3PCB的文件管理和工具栏,(4)元器件布置工具命令如图7.18所示。利用实用工具栏中的元器件布置工具命令按钮，可方便地进行元器件排列和布局。,图7.18尺寸标注工具命令,图7.19放置敷铜工具命令,.,29,7.3PCB的文件管理和工具栏,图7.20尺寸标注工具命令,图7.21放置敷铜工具命令,(6)尺寸标注工具命令如图7.20所示。使用这些按钮可方便地在PCB图上进行各种方式的尺寸标注。,(7)放置敷铜工具命令如图7.21所示。使用这些按钮可方便地在PCB图上放置各种尺寸的敷铜。,.,30,图7.22“定制资源”对话框,其实工具栏的打开与关闭也可以通过选择ViewToolbarsCustomize命令选项来进行。执行此命令，即可调出如图7.22所示的“定制资源”对话框。,7.3PCB的文件管理和工具栏,Protel2004具有PCB的3D显示功能，使用该功能可以显示清晰的PCB的三维立体效果，并且可以随意旋转、缩小、放大及改变背景颜色等。,.,31,7.3PCB的文件管理和工具栏,7.3.3PCB的3D显示,(1)打开Z80-routed.Pcbdoc文件，如图所示。,图7.23新PCB文件编辑画面,.,32,(2)执行选单命令ViewBoardin3D，或者按下标准工具栏中的按钮，就进入3D显示画面，如图7.24所示。,左窗口是3D浏览管理面板TrueViewPanel，其内容分为3个栏：BrowseNets、Display和图形旋转控制栏。,7.3PCB的文件管理和工具栏,图7.24Z80-routed.Pcbdoc印制电路板3D显示画面,.,33,Highlighting用来设置要高亮显示网络的颜色以及3D图形的背景颜色。,(3)执行ViewPreferences命令，会弹出“参数设置”对话框，如图7.25所示。使用该对话框可对3D显示图形进行参数设置。,PCB3DDocument选中复选项，可重建PCB3D文件。,PrintQuality用来设置打印的质量。,DefaultPCB3DLibrary用来设置默认的PCB3D元器件库。,图7.25“参数设置”对话框,7.3PCB的文件管理和工具栏,.,34,在应用PCB编辑器绘制PCB图之前，应对其工作参数进行设置，使系统按照设计者的要求工作。本节着重介绍PCB的参数设置。,执行选单命令ToolsPreferences命令，或在设计窗口中单击鼠标右键，在右键选单中选择OptionsPreferences命令，将出现如图7.26所示的“系统参数设置”对话框。,图7.26“系统参数设置”对话框,7.4PCB的参数设置,.,35,1Options标签页,AutopanOptions区域,EditingOptions编辑选项区域,InteractiveRouting,PolygonRepour区域,Other(其他)选项设置,7.4PCB的参数设置,.,36,(1)OnlineDRC复选框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。,(3)ClickClearsSelection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。,(2)SnapToCenter用于设置当移动元器件封装或字符串时，光标是否自动移动到元器件封装或字符串参考点。,1)EditingOptions编辑选项区域,7.4PCB的参数设置,.,37,(4)DoubleClickRunsInspector选中后，若使用鼠标左键双击元器件或引脚，将会弹出Inspector(检查器)窗口，此窗口会显示所检查元器件的信息。,(6)ConfirmGlobalEdit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。,(5)RemoveDuplicates用于设置系统是否自动删除重复的组件。,1)EditingOptions编辑选项区域,(7)ProtectLockedObjects用于保护锁定的对象，选中该复选框有效。,7.4PCB的参数设置,.,38,(1)Adaptive自适应模式系统根据当前图形的位置自适应选择移动方式。,(3)Re-Center模式光标移到编辑区边缘时，系统将光标所在的位置设置为新的编辑区中心。,(2)Disable模式取消移动功能。,2)AutopanOptions区域,7.4PCB的参数设置,(4)FixedSizeJump模式光标移到编辑区边缘时，系统以StepSize项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,当按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。注意：当选中FixedSizeJump模式时，对话框中才会显示StepSize和ShiftStep操作项。,.,39,2)AutopanOptions区域,7.4PCB的参数设置,(5)ShiftAccelerate模式当光标移到编辑区边缘时，若ShiftStep项的设定值比StepSize项的设定值大，系统以StepSize项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,当按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。若ShiftStep项的设定值比Step项的设定值小，按不按Shift键，系统都将以ShiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,注意：当选中ShiftAccelerate模式时，对话框中才会显示StepSize和ShiftStep操作项。,.,40,2)AutopanOptions区域,7.4PCB的参数设置,(6)ShiftDecelerate模式当光标移到编辑区边缘时，当ShiftStep项的设定值比StepSize项的设定值大时，系统将以ShiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,按Shift键后，系统将以StepSize项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,当ShiftStep项的设定值比StepSize项的设定值小时，按不按Shift键，系统都将以ShiftStep项的设定值为移动量向未显示的部分移动。,注意：当选中ShiftDecelerate模式时，对话框中才会显示StepSize和ShiftStep操作项。,.,41,(7)Ballistic模式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。系统默认移动模式为FixedSizeJump模式。,2)AutopanOptions区域,7.4PCB的参数设置,用来设置交互布线模式。可以选择3种方式：IgnoreObstacle(忽略障碍)、AvoidObstacle(避开障碍)和PushObstacle(移开障碍)。,3)InteractiveRouting,.,42,4)PolygonRepour区域,7.4PCB的参数设置,用于设置交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。每次当一个多边形被移动时，它可以自动或者根据设置被调整以避免障碍。,Repour中选为Always，可以在已敷铜的PCB中修改走线，敷铜会自动重敷；选择Never则不采用任何推挤布线方式；选择Threshold，则设置一个避免障碍的门槛值，当超过了该值后，多边形才会被推挤。,.,43,(1)Undo/Redo选项用于设置撤销操作/重复操作的步数。,5)Other(其他)选项设置,(2)RotationStep选项用于设置旋转角度。在放置组件时，按一次空格键，组件会旋转一个角度。系统默认值为90，即按一次空格键，组件会旋转90。,(3)CursorType选项用于设置光标类型。系统提供了3种光标类型，即Small90(小的90光标)、Large90(大的90光标)、Small45(小的45光标)。,(4)CompDrag区域其下拉列表框中共有两个选项，ComponentTracks项，命令EditMoveDrag移动组件时，铜膜导线会随着组件一起伸缩，不会和组件断开；None项，命令EditMoveDrag移动组件时，铜膜导线会和组件断开，命令EditMoveDrag和EditMoveMove没有区别。,7.4PCB的参数设置,.,44,2Display标签页,DisplayOptions(现示选项)设置,Show(PCB显示)设置,3)显示模式,7.4PCB的参数设置,.,45,(1)ConvertSpecialStrings复选框设置是否将特殊字符串转化成它所代表的文字。,(3)UseNetColorForHighlight复选框对于选中的网络，用于设置是否仍然使用网络的颜色，还是一律采用黄色。,(2)HighlightinFull复选框如果被选中，则被选中的对象完全以当前选择集颜色高亮显示；否则选择的对象以当前选择集颜色显示外形。,1)DisplayOptions(显示选项)设置,7.4PCB的参数设置,.,46,(4)RedrawLayers复选框用于设置当重画电路板时，系统将一层一层地重画。,(6)TransparentLayers复选框用于设置所有的层都为透明状，选择此项后，所有的导线、焊盘都变成了透明色。,(5)SingleLayerMode复选框用于设置只显示当前编辑的层，其他层不被显示。,1)DisplayOptions(显示选项)设置,7.4PCB的参数设置,.,47,(1)PanNets用于设置是否显示焊盘的网络名称。,(3)ViaNets复选框选中后，所有过孔的网络名将在较高的放大比例时显示在屏幕上(较小的放大比例情况下，网络名不可见)。如果没有选中，则网络名在所有缩放比例下，均不显示。,(2)PadNumbers用于设置是否显示焊盘序号。,2)Show(PCB显示)设置,7.4PCB的参数设置,.,48,(4)TestPoints选中后，可显示测试点。,(6)StatueInfo复选框被选中后，当前PCB对象的状态信息将会显示在设计管理器的状态栏上，包括PCB文件中的对象位置、所在的层和它所连接的网络。,(5)OriginMarker用于设置是否显示绝对坐标的黑色带叉圆圈。,2)Show(PCB显示)设置,7.4PCB的参数设置,.,49,DraftThresholds区域用于设置图形显示极限，Tracks框设置导线显示极限，如果大于该值的导线，则以实际轮廓显示，否则只以简单直线显示：Strings框设置为字符显示极限，如果像素大于该值的字符，则以文本显示，否则只以框显示。,3)显示模式,7.4PCB的参数设置,.,50,3Show/Hide标签页,单击Show/Hide标签进入Show/Hide标签页，Show/Hide标签页设置各种图形的显示模式。,标签页中每一项，都有相同的3种显示模式，即Final(精细)显示模式、Draft(草图)显示模式和Hidden(隐藏)显示模式。,7.4PCB的参数设置,.,51,4Defaults标签页,7.4PCB的参数设置,单击Defaults标签进入Defaults标签页。Defaults标签页用于设置各个组件的系统默认设置。,组件包括Arc(圆弧)、Component