印制电路板设计——PCB编辑器使用

1、第第7章章印制电路板设计基础印制电路板设计基础Printed Circuit Board，简称，简称PCB在绝缘基材上，用在绝缘基材上，用印制的方法印制的方法制成导电线路和元件封制成导电线路和元件封装，以实现元器件之间的电气互连。装，以实现元器件之间的电气互连。功能：功能：实现电子元器件的固定安装实现电子元器件的固定安装管脚之间的电气连接管脚之间的电气连接原理图原理图表示元件的电气连接；表示元件的电气连接；PCB表示元件的实际物理连接。表示元件的实际物理连接。印制电路板概念印制电路板概念 印制电路板样板印制电路板样板 印制电路板结构印制电路板结构一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板，一面敷铜，另一

2、面没有敷铜的电路板，只能在敷铜的一面布线而在另一面放置元件。只能在敷铜的一面布线而在另一面放置元件。制作简单，不用打过孔、成本低。制作简单，不用打过孔、成本低。由于只能单面布线，而且导线不能交由于只能单面布线，而且导线不能交错，当电路较为复杂时，布线有一定困难。通错，当电路较为复杂时，布线有一定困难。通常用于较简单的电路。常用于较简单的电路。1 1、单面板、单面板（Single Layer PCB）2 2、双面板、双面板（Double Layer PCB）3 3、多层板、多层板（Multi Layer PCB）多层板（四层）多层板（四层）穿透式过孔穿透式过孔盲过孔盲过孔隐蔽式过孔隐蔽式过孔3

3、3、多层板、多层板（Multi Layer PCB）图图 电路板的结构电路板的结构印制电路板结构印制电路板结构Signal LayersInternal plane layersMechanical Silkscreen layersMask layersPaste mask layersKeepoutlayer印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型主要用于放置元件和导线。放置在这些层上的导线或其主要用于放置元件和导线。放置在这些层上的导线或其它对象代表了电路上的敷铜区。设计多层印制电路板，它对象代表了电路上的敷铜区。设计多层印制电路板，可以从可以从D

4、XP的层管理环境中添加的层管理环境中添加Mid（中间层）。（中间层）。放置电源线和地线。系统提供放置电源线和地线。系统提供16个内电层，该层通常是一块个内电层，该层通常是一块完整的铜箔，单独设置可最大限度地减少电源与地之间的连完整的铜箔，单独设置可最大限度地减少电源与地之间的连线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。由于线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。由于系统默认的是双层板，所以该区域下无设置项。系统默认的是双层板，所以该区域下无设置项。 机械层主要用于定义整个机械层主要用于定义整个PCB板的外观，即整个板的外观，即整个PCB板的板的外形结构。如电路板的标注尺寸、机械尺

5、寸、定位孔及装外形结构。如电路板的标注尺寸、机械尺寸、定位孔及装配说明等。配说明等。Top Solder mask （顶层阻焊层）和（顶层阻焊层）和Bottom Solder mask （底层阻焊层），作用是设计过程中自动与焊盘匹配，在（底层阻焊层），作用是设计过程中自动与焊盘匹配，在非焊盘处涂上绝缘漆以防止焊接。非焊盘处涂上绝缘漆以防止焊接。印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型TopPasteMask（顶层助焊层）和（顶层助焊层）和BottomPasteMask（底（底层助焊层）。与阻焊层互补，这一层一般镀金或镀锡的，层助焊层）。与阻焊层互补，这一层一般镀金或镀锡的，用来帮助焊接。用来帮

6、助焊接。用于放置元件的轮廓、标称参数、编号及其它文本信息。用于放置元件的轮廓、标称参数、编号及其它文本信息。TopOverlay（顶层丝印层）和（顶层丝印层）和BottomOverlay。印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型禁止布线层规定印制电路板形状和大小的边框，也就是说禁止布线层规定印制电路板形状和大小的边框，也就是说先定义了禁止布线层后，在以后的布线过程中，所布的具先定义了禁止布线层后，在以后的布线过程中，所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界。有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界。印制电路板工作层类型印制电路板工作层类型图图 PCB工作区的板层标签工作区的板层标签 印

7、制电路板由封装、导线、焊盘、过孔等组成。印制电路板由封装、导线、焊盘、过孔等组成。Track铜膜导线铜膜导线Pad 焊盘焊盘Via 过孔过孔Footprint元件封装元件封装印制电路板基本元素印制电路板基本元素铜膜导线简称导线，铜膜导线简称导线，用于连接各个焊盘点，用于连接各个焊盘点，印制电路板的设计都印制电路板的设计都是围绕如何布置导线是围绕如何布置导线来进行的。来进行的。印制电路板基本元素印制电路板基本元素铜膜导线铜膜导线图图 铜膜导线铜膜导线焊盘焊盘（1）铜膜导线）铜膜导线作用：放置焊锡用来焊接元件的。作用：放置焊锡用来焊接元件的。形状：圆形、方形、八角形等。形状：圆形、方形、八角形等。

8、选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。组成：组成：焊盘直径焊盘直径和和孔径直径孔径直径。（2）焊盘）焊盘Pad 印制电路板基本元素印制电路板基本元素图焊盘的形状图焊盘的形状用于连接不同板层之间的导线，在各层需要连通用于连接不同板层之间的导线，在各层需要连通的导线的交际处钻上一个公共孔，这就是过孔。的导线的交际处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔没有编号，但有网络名称，如图所示。过孔没有编号，但有网络名称，如图所示。过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与

9、过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。上下两面的线路相通，也可不连。图图 过孔的形状过孔的形状（3）Via (过孔）过孔）印制电路板基本元素印制电路板基本元素Thnchole Vias （穿透式过孔）：从顶层直接通到（穿透式过孔）：从顶层直接通到底层。底层。Blind Vias （盲过孔）：只从顶层通到某一层里层，（盲过孔）：只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔。的过孔。Buried Vias （隐藏式过孔）：只在内部两个里层（隐藏式过孔）：只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透

10、底层或顶层的过孔。之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔。过孔类型：过孔类型：印制电路板基本元素印制电路板基本元素用来表示电路板上元件连接关系的线。它只表示焊盘用来表示电路板上元件连接关系的线。它只表示焊盘间有电气连接关系，并不是真正意义上的铜膜导线。间有电气连接关系，并不是真正意义上的铜膜导线。导入网络表后自动产生飞线，对于引导手工布线非常导入网络表后自动产生飞线，对于引导手工布线非常有用，一旦布成真正的铜膜导线，则飞线自动消失。有用，一旦布成真正的铜膜导线，则飞线自动消失。（4）飞线）飞线（a） （b）印制电路板基本元素印制电路板基本元素封装：实际元件焊接到电路板上时，在电路板上封装：实际

11、元件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形及焊点位置。实际元件的外形尺寸、所显示的外形及焊点位置。实际元件的外形尺寸、管脚排列、间距等参数要与封装一致管脚排列、间距等参数要与封装一致不同元件可能有相同的封装，相同元件可能有不不同元件可能有相同的封装，相同元件可能有不同的封装，所以在设计印制电路时，不仅要知道同的封装，所以在设计印制电路时，不仅要知道元件的名称、型号，还要知道元件的封装。元件的名称、型号，还要知道元件的封装。印制电路板基本元素印制电路板基本元素（5）元件封装）元件封装图图5 针脚式封装针脚式封装 针脚式封装元件焊盘属性设置图针脚式封装元件焊盘属性设置图印制电路板基本元素印制电路

12、板基本元素针脚式元件：元件直接通过焊盘孔针脚式元件：元件直接通过焊盘孔从顶层直通到底层，体积较大。针从顶层直通到底层，体积较大。针脚式封装的元件必须把相应的针脚脚式封装的元件必须把相应的针脚插入焊盘过孔中，再进行焊接。因插入焊盘过孔中，再进行焊接。因此所选用的焊盘必须为穿透式过孔，此所选用的焊盘必须为穿透式过孔，设计时焊盘板层的属性要设置成设计时焊盘板层的属性要设置成Multi Layer ，如图所示。，如图所示。 图 表面粘着武元件封装 图 -表面粘着式封装焊盘属性设置 表面粘贴式元件：表面粘贴式元件：管脚焊点不只管脚焊点不只用于表面板层，也可用于表层或用于表面板层，也可用于表层或者底层，焊

13、点没有穿孔。设计的者底层，焊点没有穿孔。设计的焊盘属性必须为单一层面，如图焊盘属性必须为单一层面，如图所示。体积小，容易制成结构紧所示。体积小，容易制成结构紧凑的凑的PCBPCB板。板。印制电路板基本元素印制电路板基本元素常用的分立元件的封装：常用的分立元件的封装：二极管类、晶体管类、可变电阻类等。二极管类、晶体管类、可变电阻类等。常用的集成电路的封装：常用的集成电路的封装：DIP XX 等等 Protel DXP将常用的封装集成在将常用的封装集成在Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中。集成库中。印制电路板基本元素印制电路板基本元素 图图 电阻的电气符号与

14、其不同封装电阻的电气符号与其不同封装电阻类的封装电阻类的封装 电阻类元件常用封装为电阻类元件常用封装为AXIAL XX ，为轴对称式元件封装。为轴对称式元件封装。 二极管类、晶体管类的封装二极管类、晶体管类的封装 二极管类元件封装二极管类元件封装 常见的晶体管的封装如图常见的晶体管的封装如图 所示，所示， Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库集成库中提供的有中提供的有 BCY W3 H.7 等等电容类的封装电容类的封装 电容类：极性电容和无极性电容两种封装。 Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中提集成库中提供的极性电容封

15、装有供的极性电容封装有RB7. 6 -15 等，提供的无极等，提供的无极性电容的封装有性电容的封装有 RAD -0.1 等。等。 图 极性电容封装 图 无极性电容封装 集成电路类的封装集成电路类的封装 集成电路常见的封装是双列直插式封装，集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为如图所示为 DIP 14 的封装类型。的封装类型。 图 DIP 14 封装 图图 电解电容、二极管、三极管及双列直插集成块的封装电解电容、二极管、三极管及双列直插集成块的封装常见的几种元件的封装常见的几种元件的封装PCB设计步骤设计步骤新建新建PCB文件（演示，主要是通过向导）文件（演示，主要是通过向导）编辑环境操

16、作界面编辑环境操作界面参数设置参数设置 n环境参数设置环境参数设置n系统参数设置系统参数设置1 1、设计原理图、设计原理图2 2、规划电路板、规划电路板根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。3 3、环境和工作参数设置、环境和工作参数设置 设置印制电路板的板层参数和工作参数设置印制电路板的板层参数和工作参数 PCB的设计步骤的设计步骤4 4、加载网表和元器件封装、加载网表和元器件封装 网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表是电路原理图和印刷电路板设

17、计的接口，只有将网表引入网表引入PCBPCB系统后，才能进行电路板的自动布线。系统后，才能进行电路板的自动布线。 PCB的设计步骤的设计步骤5 5、元件布局、元件布局元件布局是由电路原理图根据网表转换成的元件布局是由电路原理图根据网表转换成的PCB图，图，一般元件布局都不很规则，甚至有的相互重叠，因此一般元件布局都不很规则，甚至有的相互重叠，因此必须将元件进行重新布局。必须将元件进行重新布局。 元件布局的合理性将影响到布线的质量。元件布局的合理性将影响到布线的质量。6 6、布线规则设置、布线规则设置实际布线之前，要进行布线规则的设置。实际布线之前，要进行布线规则的设置。定义布线的各种规则，比如

18、安全距离、导线宽度等。定义布线的各种规则，比如安全距离、导线宽度等。 PCB的设计步骤的设计步骤7 7、自动布线、自动布线 DXP DXP 提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。 8 8、手工布线、手工布线自动布线结束后，有可能因为元件布局或别的原因，自自动布线结束后，有可能因为元件布局或别的原因，自动布线无法完全解决问题或产生布线冲突时，即需要进动布线无法完全解决问题或产生布线冲突时，即需要进行手动布线加以设置或调整。如果自动布线完全成功，行手动布线加

19、以设置或调整。如果自动布线完全成功，则可以不必手动布线。则可以不必手动布线。 9 9、文件打印输出、文件打印输出 可以将各类文件打印输出保存，包括可以将各类文件打印输出保存，包括PCBPCB文件和其他报表文件和其他报表文件均可打印文件均可打印 。 PCB的设计步骤的设计步骤环境参数设置环境参数设置n板层结构：板层结构：Protel DXP现已扩展到信号层和内电层及多个机现已扩展到信号层和内电层及多个机械层。默认情况下，系统只载入两个信号层：械层。默认情况下，系统只载入两个信号层：Bottom Layer和和Top Layer。n板层结构设置：（板层结构设置：（Design/Layer Stac

20、k Manager）n信号层的添加信号层的添加n信号层的调整信号层的调整n板层颜色设置板层颜色设置 Design/Board Layer Colorsn网格参数设定（网格参数设定（Design/Board Options）系统参数设置系统参数设置n系统参数是印制电路板设计过程中非常重要的一步，系统参数是印制电路板设计过程中非常重要的一步，用户可以根据个人习惯来设置系统参数。用户可以根据个人习惯来设置系统参数。nTools/Preferences打开系统参数设置对话框，包含打开系统参数设置对话框，包含4个选项卡。个选项卡。nOptionsnDisplaynShow/HidenDefaults规划

21、电路板，就是根据电路的规模、项目的技术要求规划电路板，就是根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。和电气边界。电路板形状可以为正方形、矩形、圆形及其它特殊电路板形状可以为正方形、矩形、圆形及其它特殊形状。形状。规划方法：规划方法：手工绘制手工绘制利用文件生成向导利用文件生成向导（1）首先将当前工作层切换至）首先将当前工作层切换至“Keep Out Layer”（禁（禁止布线层），如图所示。止布线层），如图所示。 手工规划电路板的步骤手工规划电路板的步骤图将当前层设置为禁止布线层图将当前层设置为禁止布线

22、层（2 2）启动画边界工具，可以通过下列任一方法实现。）启动画边界工具，可以通过下列任一方法实现。单击工具栏上的单击工具栏上的 图标按钮。图标按钮。执行执行【PlacePlace放置放置】【TrackTrack线线】命令。命令。手工规划电路板的步骤手工规划电路板的步骤（3）确定电路板的下边界）确定电路板的下边界在执行第（在执行第（2）步后，光标变为十字形状，当光标在工作）步后，光标变为十字形状，当光标在工作区移动时，通过下列任一方法确定电路的下边界。区移动时，通过下列任一方法确定电路的下边界。观察状态栏左下角光标的坐标显示信息，达到需要值即观察状态栏左下角光标的坐标显示信息，达到需要值即可单击

23、鼠标左键，如确定边界坐标点为（可单击鼠标左键，如确定边界坐标点为（2000，2000），），如图所示。如图所示。图状态栏光标位置信息图状态栏光标位置信息手工规划电路板的步骤手工规划电路板的步骤（4）绘制电气边界）绘制电气边界单击鼠标左键确定下边界的起点，然后单击鼠标左键确定下边界的起点，然后拖动鼠标向右，拖动过程中要求保证线拖动鼠标向右，拖动过程中要求保证线的平直，到达下边界的终点双击鼠标左的平直，到达下边界的终点双击鼠标左键确定，这时光标仍然处于命令状态，键确定，这时光标仍然处于命令状态，可以向上、再向左，最后向下完成矩形可以向上、再向左，最后向下完成矩形电路板的绘制，单击鼠标右键退出命令电

24、路板的绘制，单击鼠标右键退出命令状态，如图所示。状态，如图所示。图图 电气边界的绘制电气边界的绘制 手工规划电路板的步骤手工规划电路板的步骤（5）坐标精确定位）坐标精确定位当完成第（当完成第（4）步后，有时在直线转折处，即直角顶）步后，有时在直线转折处，即直角顶点处的两直角边不能很好重合或出现不规则连接，这点处的两直角边不能很好重合或出现不规则连接，这时需要调整坐标。方法是先双击一直角边，确定一端时需要调整坐标。方法是先双击一直角边，确定一端坐标，再双击另一直角边，修改其端点坐标与上一边坐标，再双击另一直角边，修改其端点坐标与上一边相同，从而完成精确定位。相同，从而完成精确定位。使用使用 PC

25、B 模板规划电路板模板规划电路板 Protel DXP 提供了提供了 PCB 设计模板向导，图形化的操设计模板向导，图形化的操作使得作使得 PCB 的创建变得非常简单。它提供了很多工的创建变得非常简单。它提供了很多工业标准板的尺寸规格，也可以用户自定义设置。这业标准板的尺寸规格，也可以用户自定义设置。这种方法适合于各种工业制板种方法适合于各种工业制板 。 单击文件工作面板中 New from template 选项下的 PCB Board Wizard 选项 规划完电路板之后，接着就是要导入网络表与元件规划完电路板之后，接着就是要导入网络表与元件,为电路板的元件布局和布线做准备。网络表与元件是

26、为电路板的元件布局和布线做准备。网络表与元件是同时导入的，网络表与元件的导入过程实际上就是将同时导入的，网络表与元件的导入过程实际上就是将原理图设计的数据导入到原理图设计的数据导入到PCB设计系统中的过程。设计系统中的过程。但在导入网络表之前，必须将所用到的元件封装全部但在导入网络表之前，必须将所用到的元件封装全部装入装入PCB编辑器，否则系统在网络表导入过程中会提编辑器，否则系统在网络表导入过程中会提示导入失败。示导入失败。Design Irnport Changes From 1准备工作准备工作（1）建立如图所示的电路原理图文件）建立如图所示的电路原理图文件“全加器电路全加器电路.Sch”

27、。 全加器电路图全加器电路图原理图中使用到的各元件封装 Designator Description Footprint Comment JP1Header, 2-PinHDR1X2Header 2JP2Header, 2-PinHDR1X2Header 2JP3Header, 2-PinHDR1X2Header 2U1Quadruple 2-Input Positive-NAND GateN014SN74LS00NU2Quadruple 2-Input Positive-AND GateN014SN74ALS08NU3Quadruple 2-Input Positive-OR GateN014SN74LS32N（2）打开要创建网络表的原理图文档，执行主菜）打开要创建网络表的原理图文档，执行主菜单命令单命令 Design Netlist Protel命令，将生成名命令，将生成名为为“全加器电路全加器电路.NET”的网络表文件。的网络表文件。1准备工作准备工作双击全加器电路双击全加器电路.NET图标，将显示网络表的详细内容。图标，将显示网络表的详细内容。 2. 加载元件封装库加载元件封装库通过元件库管理器加载库：通过元件库管理器加载库： Miscellaneou