Protel 99se——PCB基础知识.ppt

1、第五讲Protel 99se PCB基础知识,湖南信息职业技术学院 电子CAD设计课程组,学习目标： 印制电路板的结构和分类等基本概念 元件布局和布线的基本原则 手动和自动设计印制电路板的工作流程 教学重点： PCB元件布局和布线的基本原则,教学内容,5.1印刷电路板的基本概念 5.2印刷电路板的专用名词 5.3PCB布局、布线基本原则 5.4印刷电路板设计的一般流程,5.1印刷电路板的基本概念,印制电路板：即PCB板，是由绝缘基板和附在其上的印制导电图形（焊盘、过孔、铜膜导线）以及说明性文字（元件轮廓、型号、参数）等构成。印制板按结构划分为单面板、双面板、多层板三种。多层板又可以按层数分为三

2、层、四层、六层板等。 单面板：一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，它只可在敷铜的一面布线，另一面放置元件。 结构如图1所示。 双面板：包括顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）两层，两面都有敷铜，均可布线。结构如图1所示。 多层板：是包含了多个工作层面的电路板。除了顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源/接地层等。多层电路板包括三层或三层以上，如四层板、六层板等 。结构如图2所示。,图1单面板与双面板结构图,图2四层板结构图,返回,5.2印刷电路板的专用名词,信号层（Signal Layers）:主要用于放置连接数字或模拟信号的铜膜走线。 层电源/接地层（Internal

3、 Plane）:主要用于布置电源线及接地线。 机械层（Mechanical Layers）：主要用于放置各种指示和说明文字，如电路板尺寸。 阻焊层（Solder Mask）：Top/Bottom Solder Mask为顶/底层阻焊层， 主要用于丝网漏印版，将不需要焊接的地方涂上阻焊剂。 丝印层（Silksreen）:用于印刷标识元件的名称、参数和形状。有Top/Bottom Overlay顶/底层丝印层 穿透层(Multi Layer)：用于放置所有穿透式焊盘和过孔。 禁止布线层(Keep Out)：用于设置布线范围和电路板尺寸。 安全间距(Clearance)是铜线与铜线、铜线与焊盘、焊盘

4、与焊盘、焊盘与过孔之间的最小距离。,元件封装：元件封装的定义规则为元件类型+焊点距离+元件外形。 针脚式元件封装：元件引脚带有针脚形状，在焊接时必须把元件引脚插入焊点导通孔，加上焊锡，通过焊接连接引脚和焊盘。因为针脚式元件的引脚贯穿整个电路板的各个板层，所以在焊点属性设置中，Layer板层属性必须设置位Multi Layer。 表面贴片式元件：元件引脚用焊锡粘贴在印制电路板表面板层，因为表面贴片式元件的引脚仅仅作用于电路板单一层面，所以在板层属性设置中，Layer必须指定电路板板层（Top Layer或Bottom Layer）。 导线：电路板上布置的导线都是铜质的，称为铜膜导线或简称为导线，

5、用于传递各种电流信号。 飞线：飞线是虚线，它指示元件焊点之间的连接关系，导线实现飞线的意图。 焊盘：焊盘的主要作用是通过引脚来固定元件，每一焊盘对一个引脚，在焊盘部位放置引脚和融化的焊锡，冷却后焊锡凝固从而将元件牢牢固定住。 过孔：过孔在多层电路板设计中，它用于连接不同板层间的导线。,返回,5.3PCB布局、布线基本原则,一、元件布局基本规则 元件布局的基本过程如下：先规划电路板的尺寸，在确定特殊元件的位置后，根据电路的流程安排各功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。在放置功能单元电路的元件时，一般以其核心元件为中心，围绕它布局，元器件应整齐、均匀、紧凑地排列在PC

6、B板上。根据元器件间的连线关系，要适当调整元件的位置，如旋转元件、左右或上下移动元件，使元件之间的连线尽量短些。 元件的布局就像下棋的布局，直接关系到电路板设计的成败。应当从机械结构、散热、电磁干扰、以后布线的方便性等多方面综合考虑。,1机械方面 （1）确定PCB板尺寸、大小。最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3。实践中也有各种异形板，如环形的操作板，这就要根据实际情况来定。当电路板尺寸大于200150mm时，应适当增加厚度，或在电路板中增加支撑定位孔。 （2）先安排特殊器件，如外部接插件、显示器件，其定位要考虑和其他机械部件的配合。 （3）重量超过15g的元器件应当用支架固定，又大又重的元

7、件不宜直接安放到电路板上。 （4）电位器、可调电感、线圈、可变电容器等可调元件，布局时应考虑整机结构。如在机内调节，应放在印制板方便调节的地方；如在机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱上的位置相适应。 （5）应当留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。 （6）位于电路板边缘的器件，离电路板边缘的距离一般不小于2mm。 （7）定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件；,2散热方面 （1）发热元器件应放在印制电路板易于散热的地方，如板子边缘、通风处。竖放的板子，发热元件应放到板子上部，双面板的底层不得

8、放置发热元件。 （2）发热量较大的元件，不宜放在印制板上。 （3）怕热元件如电解电容、晶振、锗管等，要与发热元件隔开一段距离。 （4）发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；,3电磁干扰 （1）集成电路的去藕电容要尽量就近安放，一般工作频率在10Mhz以下的用0.1uF电容，10Mhz以上的用0.01uF的电容。 （2）某些元件或导线间有较高的电位差，应加大距离，以免放电。带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 （3）易互相干扰的元器件不能靠得太近，输入输出元器件应尽可能远离，避免反馈干扰。 （4）高频元器件为减小分布参数，一般就近安放（不规则排列），一般电路（低频电路

9、）应因规则排列，便于装焊。,4其它方面 （1）按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开； （2）卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路； （3）电源插座要尽量布置在印制板的四周。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔； （4）所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确； （5）板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)； （6）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过； （

10、7）贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致； （8）有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。,二、元件布线规则 （1）画定布线区域距PCB板边1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线； （2）一般将公共地线布置在印制板的边缘，便于与机架（地）相连接。导线与印制板的边缘应留有一定距离。 （3）多级电路为防止局部电流而产生地阻抗干扰，各级电路应在一点接地（或尽量集中接地），高频电路（30MHz以上）常采用大面积接地，这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地。 （4）易受干扰器件和线路可用地线包围。 （5）电路中数字地和模拟地要分开，然后在一点接地，以防形成地回路。 （6）电源

11、线和地线靠近点，尽量减小围出的面积，以降低电磁干扰。 （7）注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线 （8）导线间避免近距离平行走长线，这样寄生耦合较大。双面印制线避免平行，最好垂直或斜交。 （9）输入输出线最好远离，中间可用地线隔开。,（10）导线应走平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，应用圆弧或折线过渡。 （11）数字回路和模拟回路要分开，避免高频和低频信号的干扰。 （12）载流大的导线应宽些，印制板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许载流1安培。一般导线宽度在0.3mm2.0mm之间。电源线一般取0.51.0mm（20mil 40mil）,地线一般取1.0 mm(40

12、mil)以上。在可能的情况下，导线尽量宽些。 （13）不同网络的走线、焊盘、过孔之间要保持一定距离，一般整个板子可设为0.254mm(10mil)，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.20.22mm，0.1mm以下是绝对禁止的。,返回,进入PCB编辑环境，初步规划电路板。确定电路板的尺寸，定义电气边界，放置安装定位孔。 选择元件面，添加所需要的元件封装库，从中调出所要的元件封装，并放置到刚才定义的电气范围内。 手工将元件封装拖放到合适的位置，修改元件标称、参数等说明性符号。 根据电路原理图，手工在元件封装的焊盘间连线。 适当修改电路板的走线、安装定位孔和边界，确认无误后保存PCB文件。,一、 手工设计印制电路板 手工设计印制电路板指布线等环节由人工完成，一般在设计比较简单的电路时使用。其基本方法如下：,5.4印刷电路板设计的一般流程,二、自动设计印制电路板,自动设计印制电路板指在设计中适当运用计算机的自动布局、自动布线等自动化功能，减轻人的劳动量。一般用在较复杂的印制电路板设计中，大型系统的印制电路板如果完全靠人工设计几乎不可想象，设计者先手工设计某些关键线路，其它的再由计算机来完成。自动设计印制电路板基本方法如下：,进入SCH编辑环境，输入原理图，并生成网络表文件。 进入PCB编辑环境，设置好工作环境参数，规划电路板。 添加所需的元件封装库，选择元件面，