第7章 电路板设计入门

1、第第7章章 电路板设计入门电路板设计入门 7.1 印制电路板基础印制电路板基础 7.2 电路板设计流程电路板设计流程 7.3 Protel DXP的的PCB编辑器编辑器 7.4 PCB工作参数的设置工作参数的设置 7.5 PCB设计快速入门设计快速入门 7.1 印制电路板基础印制电路板基础 7.1.1电路板的结构电路板的结构 1. 单面板：绝缘基板只 有一面有铜膜导线 2. 双面板：绝缘基 板两面有铜膜导线 玻璃纤维板 铜膜（敷铜板） 3. 多层板 Top Layer (元件面) Bottom Layer(焊接面) 直插式元件 SMD元件 焊锡 Via (过孔) 1信号层（信号层（Signal

2、 Layers） 信号层主要用于布设铜模导线。Protel DXP提供了 32个信号层，除了顶层和底层以外，还有和30个中间 布线层（Mid Layer 1Mid Layer 30）。 2内部电源内部电源 / 接地层（接地层（Internal Planes） 内部电源/接地层是整个覆铜的内部板层，主要用 于连接电源和接地网络。Protel DXP提供了16个内部电 源层。 3机械层（机械层（Mechanical Layers） 机械层没有电气特性，主要用来确定电路板的机械 边框，放置一些标注、说明等文字信息。Protel DXP提 供了16个机械层。 7.1.2PCB设计的工作层设计的工作层

3、4防护层（防护层（Mask Layers） 防护层包括阻焊层和锡膏防护层，阻焊层用于插装式元件，锡 膏防护层用于表面贴装元件。阻焊层的作用是防止焊接过程中由于 焊锡扩张引起的短路。 5丝印层（丝印层（Silkscreen Layers） 丝印层主要用于显示元件封装的轮廓和元件标号等信息。 Protel DXP提供了2个丝印层：顶层丝印层（Top Overlay）和底层 丝印层（Bottom Overlay）。 6其它层（其它层（Other Layers） 其它层包括：钻孔位置层（Drill Guide）、禁止布线层（Keep- Out layer）、钻孔图层（Drill Drawing）和多层

4、（Multi-Layer）。 禁止布线层用来定义电路板的电气边框，以确定自动布局、布 线的范围。电路板设计时应使板子的电气边框不超过机械边框。 多层是贯穿于每个信号层的工作层，在多层上放置的焊盘和过 孔会自动添加到所有的信号层中。 7.1.3电路板设计中的图件电路板设计中的图件 1元件封装（元件封装（Footprint） 元件封装是指元件焊接到电路板时所指示的外形轮 廓、尺寸以及引脚位置。 常用的元件封装种类有电阻式封装（Resistors）、二 极管封装（Diodes）、电容封装（Capacitors）、双列直 插式封装（DIP）、球栅阵列封装（BGA）、无引线芯 片载体封装（LCC）等。这

5、些封装又可以划分为两大类， 即直插式封装和表面粘贴式封装。 DIP14 电阻 二极管 三极管 直插式元件封装及安装图 表面粘贴式元件封装及安装图 2导线和飞线导线和飞线 导线就是印制电路板上的铜膜走线，用于连接各个 焊盘，是印制电路板最重要的组成部分。 飞线，即预拉线，是在网络表引入之后，系统根据 规则生成的，用来指引布线的一种连线。 3焊盘（焊盘（Pad）和过孔（）和过孔（Via） 电路板上的焊盘对应了元件的引脚，用于焊接元件 实现电气连接，同时起到固定元件的作用。 过孔的作用是实现不同板层上的电气连接。 过孔分为多层过孔、盲孔或埋孔。多层过孔从顶层 通到底层，并允许连接所有的内部信号层。盲

6、孔是从表 层到内层的过孔，埋孔是从一个内层连到另一个内层的 过孔。 顶层走线 底层走线 Via(过孔)Pad(焊盘) 7.2 电路板设计流程电路板设计流程 1准备原理图准备原理图 2规划电路板规划电路板 规划电路板包括板层的规划，外形尺寸和形状的规 划等，是确定电路板设计的框架。 3设置设置PCB工作参数工作参数 设置PCB工作参数包括：PCB环境参数的设置、PCB 板层的设置、系统参数的设置等内容。 4载入网络和元件封装载入网络和元件封装 载入网络表是将原理图文件中的元件封装及网络连 接关系正确地导入到PCB。 5设定设定PCB设计规则设计规则 PCB设计规则包括布局规则、布线规则等。 6元

7、件布局元件布局 元件的布局可以采用Protel DXP的自动布局工具来完 成。自动布局完成后，对于布局不太满意的地方，可以 手工调整，以达到满意的效果。 7自动布线并手工调整自动布线并手工调整 布线采用自动布线与手工调整相结合，可以达到比 较满意的效果。 8保存及输出保存及输出 完成电路板的设计后，可以将设计结果以图表或相 关文档的形式输出，以便加工生产及存档。 7.3 Protel DXP的的PCB编辑器编辑器 新建一个PCB文件或打开一个已经存在的PCB文件 均可进入PCB编辑器。PCB编辑器如图所示。 7.3.1PCB编辑器工作界面编辑器工作界面 菜单栏菜单栏 工具栏工具栏 工作面板工作

8、面板 工作区工作区 状态栏状态栏 7.3.2菜单栏与工具栏菜单栏与工具栏 PCB编辑器的工具栏有PCB标准工具栏（PCB Standard）、 布线工具栏（Wiring）、实用工具栏（Utilities）、导航工具 栏（Navigation）和过滤器工具栏（Filter）。如图所示。 PCB标准工具栏 布线工具栏实用工具栏 导航工具栏 过滤器工具栏 7.3.3 PCB工作面板工作面板 单击PCB编辑器窗口 左上方的PCB工作面板标 签，可以打开PCB工作面 板，如图所示。 元件分类元件分类 元件列表元件列表 元件组成信息元件组成信息 7.3.4 PCB编辑器的画面管理编辑器的画面管理 1画面显

9、示的缩放画面显示的缩放 在View的下拉菜单中提供了各种有关画面显示的操 作命令，如图所示。 显示整个文档显示整个文档 显示整张图纸显示整张图纸 显示整个电路板显示整个电路板 区域放大命令区域放大命令 以点为中心的区域放大命令以点为中心的区域放大命令 显示选中对象显示选中对象 显示过滤器筛选后的对象显示过滤器筛选后的对象 放大命令放大命令 缩小命令缩小命令 恢复上次显示状态恢复上次显示状态 更新图纸更新图纸 2画面的移动画面的移动 PCB编辑器中画面的移动方式有以下三种： （1）滚动条移动画面 （2）游标手移动画面 在PCB工作区按住鼠标右键不放，当鼠标变成小手 形状时，拖动鼠标可以任意移动P

10、CB的显示区域。 （3）微型窗口移动画面 在PCB工作面板的下方有一个显示窗口，如图所示。 窗口中的矩形框， 表示当前编辑窗口所显 示的范围。用鼠标拖动 该矩形框就可以移动当 前的显示画面。 3英制、公制的切换英制、公制的切换 英制（单位为mil，1mil=0.001英寸） 公制（单位为毫米mm） 两种单位的换算关系如下： 1mil=0.0254mm 1000mil（1英寸）=25.4mm 公制英制的切换命令为：View / Toggle Units。 执行该命令一次，英制、公制状态改变一次。 7.4 PCB工作参数的设置工作参数的设置 7.4.1PCB环境参数的设置环境参数的设置 执行菜单命

11、令：Design / Board Options，打开PCB选 项对话框，如图所示。 PCB环境参数的各项设置内容如下： Measurement Unit：用来进行公制或英制测量单位的选 择，Metric表示公制，Imperial表示英制。 Snap Grid：设置锁定网格的大小，在它右边的下拉列表 中可以选择锁定网格的具体数值，其数值表示光标在图 纸上移动的最小距离。 Component Grid：设置元件在图纸上移动的最小距离， Electrical Grid：设置电气网格，即自动寻找电气节点的 功能。选中该选项，则在PCB布线时，会以光标为心， 以Range栏中设定的值为半径，自动搜索旁

12、边的电气连 接点，并使光标会自动跳到电气连接点上。 Visible Grid：设置可视网格，“Markers”栏提供了两 种可视网格的形状，Dots表示点状网格，Lines表示线状 网格。PCB编辑器提供了两组可视网格（ Grid1和 Grid2)。 Sheet Position：设置图纸位置，该区域中的X和Y用于 设置图纸左下角的坐标值，“Width”栏设置图纸的宽 度，“Height”栏设置图纸的高度。 “Display Sheet”和“Lock Sheet Primitive”复选框分别 表示是否显示图纸和锁定图纸。 Designator Display：用于设置元件标号的显示方式，有

13、两种选择：Display Physical Designators表示按物理方式 显示，Display Logical Designators表示按逻辑方式显示。 7.4.2PCB板层的设置板层的设置 1PCB工作层的设置工作层的设置 执行菜单命令：Design / Board Layers & Colors，打 开板层与颜色对话框，如图所示。 信号层设置区信号层设置区 内部电源内部电源/接接 地层设置区地层设置区 机械层设置区机械层设置区 防护层设置区防护层设置区 丝印层设置区丝印层设置区 其他层设置区其他层设置区 系统颜色设置区系统颜色设置区 系统颜色（System Colors）的主要设

14、置内容如下： Connections and From Tos：设置网络连接预拉线（即 “飞线”）的显示状态及颜色。 DRC Error Markers：设置DRC错误的显示状态及颜色。 Selections：设置选取对象的颜色。 Visible Grid 1：设置可视网格1的显示状态及颜色。 Visible Grid 2：设置可视网格2的显示状态及颜色。系 统默认情况下显示可视网格2。 Pad Holes：设置焊盘的显示状态及颜色。 Via Holes：设置过孔的显示状态及颜色。 2PCB板层的管理板层的管理 执行菜单命令：Design / Layer Stack Manager，打开 板层

15、堆栈管理器，如图所示。 板层堆栈管理器默认采用双面板的设计，给出了顶 层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）两个工作层面， 堆栈管理器中各按钮的含义及各项设置如下： Add Layer：添加信号层。 Add Plane：添加内部电源/接地层。 Move Up：将选定的工作层向上移一层。 Move Down：将选定的工作层向下移一层。 Delete：删除所选定的工作层。 Properties：设置板层的属性参数。 Configure Drill Pairs：配置钻孔属性。 Impedance Calculation：用于阻抗计算。 Menu：单击此按钮，弹出与上面按钮对应的菜

16、单命 令，其中Example Layer Stacks项的子菜单提供了多种 标准电路板层的样式供用户选择。 板层的属性参数的设置方法如下： 如果选中信号层，单击Properties按钮，可以打开信号 层属性设置对话框，如图7.19所示。 设置板层名称设置板层名称 设置板层铜膜厚度设置板层铜膜厚度 7.4.3系统参数的设置系统参数的设置 执行菜单命令：Tools / Preferences，打开参数选择对 话框，如图所示。 Options标签页标签页 Options标签页有五个设置区域：Editing Options区域、 Other区域、Autopan Options区域、Interactiv

17、e Routing区域、 Polygon Repour区域。 （1）Editing Options区域 Online DRC：设置在布线时是否打开在线设计规则检查。 Snap To Center：选中此项，则用鼠标移动对象时，十字 光标会自动出现在元件的中心位置；不选此项，则用鼠 标移动对象时，十字光标出现在鼠标单击的位置。 Smart Component Snap：在选中Snap To Center时，再选 中此项，则用鼠标移动元件时，光标会自动移到距离鼠 标最近的参考点，包括焊盘中心或元件中心。 Double Click Runs Inspector：设置是否可以在双击鼠标 时弹出Insp

18、ector工作面板。 Remove Duplicates：设置系统是否会自动删除重复的数 据（如元件等）。 Confirm Global Edit：选中此项，当进行整体属性修改 时，系统会弹出一个确认对话框；否则不会。 Protect Locked Objects：设置是否保护PCB设计中已锁 定的所有对象。 Confirm Selection Memory Clear：设置当清空选择寄存 器时是否需要确认提醒。 Click Clears Selection：设置是否可以通过单击鼠标取消 PCB上对象的选取状态。 Shift Click To Selection：选中此项，必须使用Shift+

19、鼠标 单击才能选中对象；不选此项，只要鼠标单击对象即可 选中该对象。 （2）Other区域 Undo/Redo：设置“撤消/恢复”的次数。 Rotation Step：设置PCB图件的旋转步长。 Cursor Type：设置光标类型，右边的下拉列表共有三种 选择：Large 90（大90光标）、Small90（小90 光标）、Small45（小45光标）。 Component Drag：设置拖动元件时元件与导线的连接方 式。共有两个选项，选中Connected Tracks，当使用 Drag命令拖动元件时，与元件相连的导线随着一起移动， 不会断开；选中None，拖动元件时，与元件相连的导线 会

20、和元件断开。 （3）Autopan Options区域 Style：设置自动摇景的模式，右边的下拉列表列出了7 种自动摇景模式，系统默认为Adaptive（自适应）模 式，表示系统自动选择画面移动方式。 Speed：当Style栏选中Adaptive模式时，出现该项，设 置自动摇景的步长，单位有两种选择：“Pixels / Sec” （像素/秒）和“Mils / Sec”（千分之一英寸/秒）。 （4）Interactive Routing区域 Mode：设置交互布线遇到障碍时的处理模式，共有3种 模式：Ignore Obstacle（忽略障碍）、Avoid Obstacle （避免障碍）、Pu

21、sh Obstacle（推走障碍）。 Plow Through Polygons：设置当导线穿过覆铜区域的时 候，系统是否使导线和覆铜区域保持安全距离。 Automatically Remove Loops：设置在手工布线时，是否 自动删除多余的回路。 Smart Track Ends：用来设置布线过程中断点的显示方式， 选中此项时，断点以点型飞线的形式连接到应连接点； 不选此项，则断点以实型飞线的形式显示未连接线。 Restrict To 90/45：设置在布线时，是否将导线模式限制 在90和45。 （5）Polygon Repour区域 Repour：设置覆铜过程中，相同网络相互重叠时采用

22、的 覆盖方式，共有三个选项：Never（不覆盖相同网络的 走线）、Threshold（按照设定的阈值进行覆盖）、 Always（总是覆盖相同网络的走线）。 Threshold：设置覆铜阈值。 2Display标签页标签页 Display标签页有四个设置区域和一个按钮：Display Options区域、Plane Drawing区域、Show区域、Draft Thresholds区域和Layer Drawing Order按钮。 （1）Display Options区域 Convert Special Strings：设置是否将PCB中的特殊字符 串转换成它们所代表的具体信息显示出来。 Hig

23、hlight in Full：设置是否将被选取的对象以高亮度 显示。 Use Net Color For Highlight：设置对被选取的网络，是 否使用网络本身的颜色高亮度显示。 Redraw Layers：选中此项时，在切换板层后将重画各 层，且当前层最后重画。 Single Layer Mode：选中此项，只显示当前层，其它 板层不显示；不选此项，显示所有打开的层。 Transparent Layers：选中此项，则所有板层都处于透 明状态，即不显示任何板层。 Use Transparent Mode When Masking：设置在使用 Mask（屏蔽）时是否使被屏蔽的对象透明化。

24、Show All Primitives In Highlighted Nets：设置是否将所 有被设定为高亮度显示的网络显示出来。 Apply Mask During Interactive Editing：设置在交互式 编辑时，是否可以使用屏蔽功能。 Apply Highlight During Interactive Editing：设置在交互 式编辑时，是否将被编辑的对象高亮度显示。 （2）plane Drawing区域 该区域用于设置在单层显示模式下，内部电源分隔层 轮廓的显示。 Outlined Layer Colored：内部电源分隔层轮廓的颜色与 对应层的颜色相同。 Outlin

25、ed Net Colored：内部电源分隔层轮廓的颜色和与 之相连的网络颜色相同。 Solid Net Colored：内部电源分隔层以实心的网络颜色 显示。 （3）Show区域 Pad Nets：设置是否显示焊盘的网络名称。 Pad Numbers：设置是否显示焊盘序号。 Via Nets：设置是否显示过孔的网络名称。 Test Points：设置是否显示测试点。 Origin Marker：设置是否显示坐标原点标示符。 Status Info：设置是否在状态栏显示当前的操作信息。 （4）Draft Thresholds区域 Tracks：设置导线的显示极限，当导线宽度大于该值时 以实际轮廓

26、显示，小于等于该值时以简单的直线显示。 Strings：设置字符串的显示极限，像素大于该值的字符 串以文本显示，否则以方块显示。 （5）Layer Drawing Order按钮 单击此按钮，弹出板层重 画顺序对话框，如图所示。 该对话框用于设置各个板 层重画的次序。Promote按钮可 使板层在列表中的位置上移， Demote按钮使该板层在列表中 的位置下移，Default按钮恢复 板层重画默认次序。 3Show / Hide标签页标签页 该标签页用于设置各种图形对象的显示模式。 共有3种显示模式： Final（精细）； Draft（粗略）； Hidden（隐藏）。 4Defaults标签页

27、标签页 Defaults标签页用于设置PCB编辑器中各种组件的系 统默认属性。 当要修改某个对象属性的默认值时，在Primitives列表中 进行选择，例如选择Track（导线），然后单击Edit Values按 钮，即可弹出导线默认属性设置对话框，如图所示。 该对话框用于设置导线的默认属性。 7.5 PCB设计快速入门设计快速入门 1准备原理图，生成网络表准备原理图，生成网络表 按图完成原理图的绘制。 执行菜单命令：Design / Netlist For Document / Protel， 则系统为原理图生成了网络表文件。 2规划电路板规划电路板 （1）执行菜单命令：File / New / PCB，新建PCB文件。 （2）设置相对坐标原点 执行菜单命令：Edit/Origin