PCB电路设计过程

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1、PCB电路设计本章简介印刷电路板 (PCB 板 ) 设计的某些基本概念，如电路板、导线、元件封装、多层板等，并简介印刷电路板的设计措施和环节。通过这一章的学习，使读者可以完整地掌握电路板设计的所有过程。 5.1 PCB 电路 板的基本概念 5.1.1 P CB 电路板的概念 在学习 PCB 电路板设计之前，一方面要理解某些基本的概念，对 PCB 电路板有某些理解。 一般所谓的 PCB 电路板有 Single Layer PCB （单面板）、 Double Layer PCB （双面板）。 四层板、多层板等。 单面板是一种单面敷铜，因此只能运用它敷了铜的一面设计电路导线和元件的焊接。 双面板是涉

2、及 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，例如放置两个电源板层构成的四层板，这就是多层板。 一般的 PCB 板，涉及顶层、底层和中间层，层与层之间是绝缘层，用于隔离布线层。它的材料规定耐热性和绝缘性好。初期的电路板多使用电木为材料，而目前多使用玻璃纤维为主。 在 PCB 电路板布上铜膜导线后，还要在顶层和底层上印刷一层 Solder Mask （防焊层），它是一种特殊的化学物质，一般为绿色。该层不粘焊锡，避免在焊接时相邻焊接点的多余焊锡短路。防焊层将铜

3、膜导线覆盖住，防铜膜过快在空气中氧化，但是在焊点处留出位置，并不覆盖焊点。 对于双面板或者多层板，防焊层分为顶面防焊层和底面防焊层两种。 电路板制作最后阶段，一般要在防焊层之上印上某些文字符号，例如元件名称、元件符号、元件管脚和版权等，以便后来的电路焊接和查错等。这一层为 Silkscreen Overlay （丝印层）。多层板的防焊层分 Top Overlay （顶面丝印层）和 Bottom Overlay （底面丝印层）。 5.1.2 多层板概念 般的电路系统设计用双面板和四层板即可满足设计需要，只是在较高档电路设计中，或者有特殊需要，例如对抗高频干扰规定很高状况下才使用六层及六层以上的多

4、层板。多层板制作时是一层一层压合的，因此层数越多，无论设计或制作过程都将更复杂，设计时间与成本都将大大提高。 如果在 PCB 电路板的顶层和底层之间加上别的层，即构成了多层板，例如放置两个电源板层构成多层板。 多层板的 Mid-Layer （中间层）和 Internal Plane （内层）是不相似的两个概念，中间层是用于布线的中间板层，该层均布的是导线，而内层重要用于做电源层或者地线层，由大块的铜膜所构成，其构造如图 5 1 所示。 图 5 1 多层板剖面图 在图 5 1 中的多层板共有 6 层设计，最上面为 Top Layer （顶层）；最下为 Bottom Layer( 底层 ) ；中间

5、 4 层中有两层内层，即 InternalPlane1 和 InternalPlane2, 用于电源层；两层中间层，为 MidLayerl 和 MidLayer2 ，用于布导线。 5.1.3 过孔 过孔就是用于连接不同板层之间的导线。过孔内侧一般都由焊锡连通，用于元件的管脚插入。 过孔分为 3 种：从顶层直接通究竟层的过孔称为 Thnchole Vias （穿透式过孔）；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究竟层的过孔称为 Blind Vias （盲过孔）；只在内部两个里层之间互相连接，没有穿透底层或顶层的过孔就称为 Buried Vias （隐藏式过孔）。过孔的形状

6、一般为圆形。过孔有两个尺寸，即 Hole Size （钻孔直径）和钻孔加上焊盘后的总的 Diameter （过孔直径），如图 5 2 所示。 图 5 2 过孔的形状和尺寸 5.1.4 铜膜导线 电路板制作时用铜膜制成铜膜导线（ Track ），用于连接焊点和导线。铜膜导线是物理上实际相连的导线，有别于印刷板布线过程中的预拉线（又称为飞线）概念。预拉线只是表达两点在电气上的相连关系，但没有实际连接。 5.1.5 焊盘 焊盘用于将元件管脚焊接固定在印刷板上完毕电气连接。焊盘在印刷板制作时都预先布上锡，并不被防焊层所覆盖。 一般焊盘的形状有如下三种，即圆形（ Round ）、矩形（ Rectangl

7、e ）和正八边形（ Octagonal ） ，如图 5 3 所示。图 5 3 圆形、矩形和正八边形焊盘 5.1.6 元件的封装 元件的封装是印刷电路设计中很重要的概念。元件的封装就是实际元件焊接到印刷电路板时的焊接位置与焊接形状，涉及了实际元件的外型尺寸，所占空间位置，各管脚之间的间距等。 元件封装是一种空间的概念，对于不同的元件可以有相似的封装，同样一种封装可以用于不同的元件。因此，在制作电路板时必须懂得元件的名称，同步也要懂得该元件的封装形式。 1 元件封装的分类 一般的元件封装有针脚式封装和表面粘着式封装两大类。 针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。因此所选用的焊

8、盘必须为穿透式过孔，设计时焊盘板层的属性要设立成 Multi Layer ，如图 5 4 和图 5 5 所示。 图 5 4 针脚式封装 图 5 5 针脚式封装元件焊盘属性设立 SMT （表面粘着式封装）。这种元件的管脚焊点不只用于表面板层，也可用于表层或者底层，焊点没有穿孔。设计的焊盘属性必须为单一层面，如图 5 6 和图 5 7 所示。 图 5 6 表面粘着武元件的封装 图 5 7 表面粘着式封装焊盘属性设立 2 常用的几种元件的封装 常用的分立元件的封装有二极管类、晶体管类、可变电阻类等。常用的集成电路的封装有 DIP XX 等。 Protel DXP 将常用的封装集成在 Miscella

9、neous Devices PCB PcbLib 集成库中。 二极管类 常用的二极管类元件的封装如图 5 8 所示。 电阻类 电阻类元件常用封装为 AXIAL XX ，为轴对称式元件封装。如图 5 9 所示就是一类电阻封装形式。 图 5 8 二极管类元件封装 图 5 9 电阻类元件封装 晶体管类 常用的晶体管的封装如图 5 10 所示， Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中提供的有 BCY W3 H.7 等。 集成电路类 集成电路常用的封装是双列直插式封装，如图 5 11 所示为 DIP 14 的封装类型。 图 5 10 晶体管的封装 图 5 11 DIP

10、 14 封装 电容类 电容类分为极性电容和无极性电容两种不同的封装，如图 5 12 和图 5 一 13 所示。 图 5- 12 极性电容封装 图 5 13 无极性电容封装 Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中提供的极性电容封装有 RB7. 6 15 等，提供的无极性电容的封装有 RAD 0.1 等。 5.2 PCB 电路板的设计流程 PCB 电路板设计的流程如图 5 14 所示。 图 5 14 PCB 板设计流程图 1 设计原理图 这是设计 PCB 电路的第一步，就是运用原理图设计工具先绘制好原理图文献。如果在电路图很简朴的状况下，也可以跳过这一步直接进人

11、 PCB 电路设计环节，进行手工布线或自动布线。 2 定义元件封装 原理图设计完毕后，元件的封装有也许被漏掉或有错误。对的加入网表后，系统会自动地为大多数元件提供封装。但是对于顾客自己设计的元件或者是某些特殊元件必须由顾客自己定义或修改元件的封装。 3 PCB 图纸的基本设立 这一步用于 PCB 图纸进行多种设计，重要有：设定 PCB 电路板的构造及尺寸，板层数目，通孔的类型，网格的大小等，既可以用系统提供的 PCB 设计模板进行设计，也可以手动设计 PCB 板。 4 生成网表和加载网表 网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表引人 PCB 系统后，才干进行电路板的自动布线。 在设计

12、好的 PCB 板上生成网表和加载网表，必须保证产生的网表已没有任何错误，其所有元件可以较好的加载到 PCB 板中。加载网表后系统将产生一种内部的网表，形成飞线。 元件布局是由电路原理图根据网表转换成的 PCB 图，一般元件布局都不很规则，甚至有的互相重叠，因此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。在进行单面板设计时，如果元件布局不合理将无法完毕布线操作。在进行对于双面板等设计时，如果元件布局不合理，布线时。将会放置诸多过孔，使电路板走线变得复杂。 5 布线规则设立 飞线设立好后，在实际布线之前，要进行布线规则的设立，这是 PCB 板设计所必须的一步。在这里顾客要定义布线

13、的多种规则，例如安全距离、导线宽度等。 6 自动布线 Protel DXP 提供了强大的自动布线功能，在设立好布线规则之后，可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。只要设立的布线规则对的、元件布局合理，一般都可以成功完毕自动布线。 7 手动布线 在自动布线结束后，有也许由于元件布局或别的因素，自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立或调节。如果自动布线完全成功，则可以不必手动布线。 在元件很少且布线简朴的状况下，也可以直接进行手动布线，固然这需要一定的纯熟限度和实践经验。 8 生成报表文献 印刷电路板布线完毕之后，可以生成相应的各类报表文献，例如元件清单、电路板信

14、息报表等。这些报表可以协助顾客更好的理解所设计的印刷板和管理所使用的元件。 9 文献打印输出 生成了各类文献后，可以将各类文献打印输出保存，涉及 PCB 文献和其她报表文献均可打印，以便永久存档。 5.3 建立 SCH 文档 前面章节已经着重简介了原理图的创立，这里不再具体简介创立措施，具体设计参见第 2 、 3 、 4 章有关内容。 1 创立原理图 在这里创立一份简朴的时钟发生器原理图，并以此为例，在本章背面章节中简介如何设计相应的 PCB 电路板。设计的重要环节如下： （ 1 ）从 Protel DXP 的主菜单下执行命令 File/New PCB Project ，建立一份 PCB 设计

15、项目，命名为 ClocK PRJPCB 。 （ 2 ）在该设计项目下新建一份 SCH 原理图，相应的菜单执行命令为 File/New/Schematic, 将其命名为 CLOCK SCHDOC 。 2 定义元件封装 在设计项目中，加人集成库 Miscellaneous Devices IntLib 。从中选择元件进行放置，并放置导线，完毕它们之间的连接。设计完毕后的效果如图 5 15 所示。 图 5 15 时钟发生器原理图 时钟发生器原理图中使用到的各元件封装如表 5 1 所示。 Designator DescriptionFootprint Comment C1 Capacitor c100

16、5-0402 10n C2 Capacitor RAD-0.3 60p C3 Capacitor c1005-0402 1n C4 Capacitor c1005-0402 100p C5 Capacitor c1005-0402 100p Q1 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 QNPN Q2 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 QNPN Q3 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 QNPN Q4 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 QNPN Q5 PNP Bipolar Transistor B

17、CY-W3 QPNP Designator Description Footprint Comment R1 Resistor AXIAL-0.4 1k R2 Resistor AXIAL-0.4 47k R3 Resistor AXIAL-0.4 56k R4 Resistor AXIAL-0.4 33k R5 Resistor AXIAL-0.4 1.2k R6 Resistor AXIAL-0.4 17k R7 Resistor AXIAL-0.4 22k X1 Crystal Oscillator BCY-W2/D3.1 14.31818MHz 所有元件放置和连线完毕后保存文档，进人下

18、一步设计。 5 4 新建 PCB 设计文档 Protel DXP 是以一种设计项目文档来管理 PCB 的设计，在这个设计项目中，涉及了单个的设计文档和它们之间的有关设立，便于文献的管理和文献的同步。 一般状况下 PCB 文档总是和原理图设计文档放在同一种设计项目文档中。如果此时没有 PCB 设计项目文档，则可以在文献工作面板中选择 Blank Project （ PCB ）选项，新建一种设计项目文档。 在已有设计项目文档的状况下，则可以进人下一步，开始设计 PCB 文档。 在进行印刷板电路设计时，必须建立一种 PCB 文档。一般建立 PCB 文档的措施有两种，一种是手动创立空白 PCB 图纸，

19、再指定 PCB 文档的属性，规划大小；另一种是采用 PCB 模板创立 PCB 文档。 1 手动创立 PCB 文档 这种措施是先建立一种空白的 PCB 图纸。措施是在文献工作面板中单击 PCB File 选项，创立一份空白的 PCB 图纸，如图 5 16 所示。 系统自动把该 PCB 图纸加人目前的设计项目文档中，文献名为 PCB1 PcbDoc ，图纸中带有栅格，如图 5 一 17 所示。 图 5 16 建立 PCB 空白图纸 图 5 17 空白 PCB 图纸 如果本来没有建立设计项目 PCB 文档建立后则是自由文档，系统也会自动为其建立一种设计项目来管理该文档。新建空白图纸后，可以手动设立图

20、纸的尺寸大小、栅格大小、图纸颜色等。 2 使用 PCB 模板创立 PCB 文档 Protel DXP 提供了 PCB 设计模板向导，图形化的操作使得 PCB 的创立变得非常简朴。它提供了诸多工业原则板的尺寸规格，也可以顾客自定义设立。这种措施适合于多种工业制板，其操作环节如下。 ? 单击文献工作面板中 New from template 选项下的 PCB Board Wizard 选项，如图 5 18 所示。启动的 PCB 电路板设计向导如图 5 19 所示。图 5 18 PCB Board Wizard 选项 （ 2 ）单击 Next 按钮，浮现如图 5 20 所示界面，规定对 PCB 板进

21、行度量单位设立。 系统提供两种度量单位，一种是 Imperial （英制单位），在印刷板中常用的是 Inch （英寸）和 mil （千分之一英寸），其转换关系是 1Inch 1000 mil 。另一种单位是 Metric （公制单位），常用的有 cm （厘米）和 mm （毫米）。两种度量单位转换关系为 1 Inch 25.4 mm 。系统默认使用是英制度量单位。 图 5 19 启动的 PCB 向导 图 5 20 PCB 电路板度量单位设定 （ 3 ） 单击 Next 按钮，浮现如图 5 21 所示界面，规定对设计 PCB 板的尺寸类型进行指定。 Protel DXP 提供了诸多种工业制板的规格

22、，顾客可以根据自己的需要，选择 Custom ，进人自定义 PCB 板的尺寸类型模式，在这里选择 Custom 项。 （ 4 ）单击 Next 按钮，进人下一界面，设立电路板形状和布线信号层数，如图 5 22 所示。 图 5 21 指定 PCB 板尺寸类型 图 5 22 设立电路板形状和布线信号层数 在图 5 22 中， Outline Shape 选项区域中，有三种选项可以选择设计的外观形状， Rectangular 为矩形， Circular 为圆形； Custom 为自定义形状，类似椭圆形。常用设立如下： 本例中选择 Rectangular 矩形板。 Board Size 为板的长度和宽

23、度，输人 3000 mil 和 mil ，即 3 Inch 2 Inch 。 Dimension Layer 选项用来选择所需要的机械加工层，最多可选择 16 层机械加工层。设计双面板只需要使用默认选项，选择 Mechanical Layer 。 Keep Out Distance From Board Edge 选项用于拟定电路板设计时，从机械板的边沿到可布线之间的距离，默认值为 50 mil 。 Corner Cutoff 复选项，选择与否要在印制板的 4 个角进行裁剪。本例中不需要。如果需要，则单击 Next 按钮后会浮现如图 5 23 所示界面规定对裁剪大小进行尺寸设计。 Inner

24、Cutoff 复选项用于拟定与否进行印刷版内部的裁剪。本例中不需要。如果需要，选中该选项后，浮现如图 5 24 所示的界面，在左下角输人距离值进行内部裁剪。 图 5 23 对印刷板边角进行裁剪 图 5 24 PCB 板内部裁剪 本例中不使用 Corner Cutoff 和 Inner Cutoff 复选项，应取消两复选项的选择。 （ 5 ）单击 Next 按钮进人下一种界面，对 PCB 板的 Signal Layer （信号层）和 Power Planes （电源层）数目进行设立，如图 5 25 所示。本例设计双面板，故信号层数为 2 ，电源层数为 0 ，不设立电源层。 （ 6 ）单击 Nex

25、t 按钮进人下一下界面，设立所使用的过孔类型，这里将前面 5.1.3 节所述的 3 种过孔归为两类可供选择，一类是 Thruhole Vias （穿透式过孔），另一类 是 Blind and Buried Vias （盲过孔和隐藏过孔），本例中使用穿透式过孔，如图 5 26 所示。 图 5 25 PCB 板信号层和电源层数目设立 图 5 26 PCB 过孔类型设立 (7) 单击 Next 按钮，进人下一种界面，设立元件的类型和表面粘着元件的布局，如图 5 27 所示。 在 The board has mostly 选项区域中，有两个选项可供选择，一种是 Surface 一 mount comp

26、onents, 即 表面粘 着式元件；另一种是 Through hole components 即针脚式封装元件。 如果选择了使用表面粘着式元件选项，将会浮现 Do you put components on both sides of the board? 提示信息，询问与否在 PCB 的两面都放置表面粘着式元件。 本例中使用的是针脚式封装元件，选中此项后浮现如图 5 28 的选择框，在此可对相邻两过孔之间布线时所通过的导线数目进行设定。这里选择 One Track 单选项，即相邻焊盘之间容许通过的导线为 1 条。 图 5 27 PCB 板使用元件类型设定 图 5 28 相邻过孔之间通过导线

27、数目 （ 8 ）单击 Next 按钮，进人下一种界面，在这里可以设立导线和过孔的属性，如图 5 29 所示。 图 5 29 导线和过孔属性设立对话框 在图 5 29 中的导线和过孔属性设立对话框中的选项设立及功能如下： Minimum Track Size ：设立导线的最小宽度，单位为 mil 。 Minimum Via Width ：设立焊盘的最小直径值。 Minimum Via HoleSize ：设立焊盘最小孔径。 Minimum Clearance ：设立相邻导线之间的最小安全距离。 这些参数可以根据实际需要进行设定，用鼠标单击相应的位置即可进行参数修改。这里均采用默认值。 （ 9 ）

28、单击 Next 按钮，浮现 PCB 设立完毕界面，单击 Finish 按钮，将启动 PCB 编辑器， 至此完毕了使用 PCB 向导新建 PCB 板的设计。 新建的 PCB 文档将被默认命名为 PCB1 PCbDeC ，编辑区中会浮现设定好的空白 PCB 纸。 在文献工作面板中右击鼠标，在弹出的菜单中选择 Save As 选项，将其保存为 CLOCK PcbDoc ，并将其加人到 CLOCK PRJPCB 项目中。 5.5 PCB 电路板编辑环境 在使用 PCB 设计向导进行 PCB 文献的创立之后，即启动了 PCB 板编辑器，如图 5 30 所示。 PCB 编辑环境界面与 Wndows 资源管

29、理器的风格类似。重要由如下几种部分构成： 主菜单栏 PCB 编辑环境的主菜单与 SCH 环境的编辑菜单风格类似，不同的是提供了许多用于 PCB 编辑操作的功能选项。 常用工具栏：以图标的方式列出常用工具。这些常用工具都可以从主菜单栏中的下拉菜单里找到相应命令。 图 5 30 PCB 编辑环境 文献工作面板：文献工作面板显示目前所操作的项目文献和设计文档。 图纸区域：图纸的大小。颜色和格点大小等都可以进行顾客个性化设定。 编辑区：用于所有元件的布局和导线的布线操作。 层次标签：单击层次标签页，可以显示不同的层次图纸，每层元件和走线都用不同颜色辨别开来，便于对多层电路板进行设计。 5.6 PCB

30、图纸基本设立和元件放置 本节简介 PCB 图纸的布线板层和非电层的设立、图纸显示颜色的设立和网格等设立，以及元件库的添加、元件的放置和元件封装的修改。 5.6.1 定义布线板层和非电层 印刷电路板的构成有单面板、双面板和多面板之分。电路板的物理构造有两种类型即布线板层和非电层。 布线板层：即电气层。 Protel DXP 可以提供 32 个信号层（涉及顶层和底层，最多可设计 30 个中间层）和 16 个内层。 非电层：提成两类，一类是机械层，另一类为特殊材料层。 Protel DXP 可提供 16 个机械层，用于信号层之间的绝缘等。特殊材料层涉及顶层和底层的防焊层、丝印层、严禁布线层等。 ?

31、设立布线板层 Protel DXP 提供了一种板层管理器对多种板层进行设立和管理，启动板层管理器的措施有两种：一是执行主菜单命令 Design Layer Stack Manager 。二是在右侧 PCB 图纸编辑区内，右击鼠标，从弹出的右键菜单中执行 Option Layer Stack Manager 命令。均可启动板层管理器。启动后的界面如图 5 31 所示。 图 5 31 板层管理器板层管理器默认双面板设计，即给出了两层布线层即顶层和底层。板层管理器的设立及功能如下： Add Layer 按钮，用于向目前设计的 PCB 板中增长一层中间层。 Add Plane 按钮，用于向目前设计的

32、PCB 板中增长一层内层。新增长的层面将添加在目前层面的下面。 Move Up 和 Move Down 按钮将目前指定的层进行上移和下移操作。 Delete 按钮可以删除所选定的目前层。 Properties 按钮将显示目前选中层的属性。 Configure Drill Pairs 按钮用于设计多层板中，添加钻孔的层面对，重要用于盲过孔的设计中。单击 OK 按钮将关闭板层管理器对话框。 2 图纸颜色设立 颜色显示设立对话框用于图纸的颜色设立，打开颜色显示设立对话框的方式如下： 执行主菜单命令 Design Board Layers ，即可打开颜色显示设立对话框。 在右边 PCB 图纸编辑区内，

33、右击鼠标，从弹出的右键菜单中选择 Option/Board Layers Colors ，即可打开颜色显示设立对话框，如图 5 32 所示。 颜色显示设立对话框中共有 7 个选项区域，分别对 Signal Layers （信号层）、 Internal Planes ( 内层 ) 、 Mechanical Layers （机械层）、 Mask Layers （阻焊层）、 Silk 一 Screen Layers （丝印层）、 Other Layers （其她层）和 System Colors （系统颜色）用于颜色设立。每项设立中均有 Show 复选项，决定与否显示。单击相应颜色图标，将弹出 Ch

34、oose Color （颜色选择）对话框，可在其中进行颜色设定。 图 5 32 颜色显示设立对话框 5.6.2 图使用环境设立和格点设立 PCB 板的使用环境设立和格点设立可以在设立对话框中进行，打开该对话框的措施有如下两种： ? 在主菜单栏中，执行命令 Design/Board Options, 即可打开格点设立对话框。 在右边 PCB 图纸编辑区内右击鼠标，从弹出的右键菜单中选择 Option/Grids. 命令，打开的格点设立对话框，如图 5 33 所示。 图 5 33 格点设立对话框 格点设立对话框中共有 6 个选项区域，分另用于电路板的设计，其重要设立及功能如下： Measureme

35、nt Unit （度量单位）：用于更改使用 PCB 向导模板建立 PCB 板时，设立的度量单位。单击下拉菜单，可选择英制度量单位（ Imperial ）或公制单位（ Metric ）。 Snap Grid ( 可捕获格点 ) ：用于设立图纸捕获格点的距离即工作区的辨别率，也就是鼠标移动时的最小距离。此项根据需要进行设立，对于设计距离规定精确的电路板，可以将该值获得较小，系统最小值为 1mil 。可分别对 X 方向和 Y 方向进行格点设立。 Electrical Grid （电气格点）：用于系统在给定的范畴内进行电气点的搜索和定位，系统默认值为 8mil 。 Visible Grid ( 可视格

36、点 ) ：选项区域中的 Markers 选项用于选择所显示格点的类型，其中一种是 Lines （线状），另一种是 Dots （点状）。 Grid 1 和 Grid 2 分别用于设立可见格点 1 和可见格点 2 的值，也可以使用系统默认的值。 Sheet Position 图纸位置）：选项区域中的 X 和 Y 用于设立从图纸左下角到 PCB 板左下角的 x 坐标和 y 坐标的值； Width 用于设立 PCB 板的宽度； Height 用于设立 PCB 板的高度。顾客创立好 PCB 板后，如果不需要对 PCB 板大小进行调节，这些值可以不必更改。 Component Grid( 元件格点）：分别

37、用于设立 X 和 Y 方向的元件格点值，一般选择默认值。 5.6.3 元件库的加载和元件放置 Protel DXP 提供了元件库管理器进行元件的封装管理，以便顾客加载元件库，同步用于查找元件和放置元件。 第 4 章中已经简介过在 SCH 原理图中对于元件所在库的添加和删除，同样相应到 PCB 电路板设计时也要添加相应的 PCB 元件封装库。 1 元件封装库的加载 元件库管理器的窗口如图 5 34 所示。 元件库管理器提供了 Components （元件）和 Footprints （封装）两种查看方式，单击其中某一单选按钮，即可进相应的查看方式。 其中 Miscellaneous Devices

38、 IntLib 一栏下拉菜单显示了目前已经加载的元件集成库。 在元件搜索区域可以输人元件的核心信息，对所选中的元件集成库进行查找。如果输人“ * ”号则表达显示目前元件库下所有的元件，并可将所有目前库提供的元件都在元件测览框中显示出来，涉及元件的 Footprint Name （封装信息）。 如图 5 34 中所示，当在元件浏览框中选中一种元件时，该元件的封装形式就会显示在元件显示区域中。 单击 Libraries 按钮，打开 Add Remove Libraries （添加删除元件库）对话框，如图 5 35 所示。在该对话框中可以对元件库进行添加和删除操作。 该对话框中列出了目前已经加载的元

39、件库。 Type 一项的属性为 Integrated ，表达是 Protel DXP 的整合集成库，后缀名为 IntLib 。 选中一种元件库，可以单击 Move down 或 Move Up 按钮将它们排序。单击 Remove 按钮，可以将该集成库移出目前的项目。 图 5 34 元件库管理器窗口 图 5 35 添加删除元件库对话框 单击 Add Library 按钮，将弹出如图 5 36 所示的添加元件库对话框。该对话框列出了 Protel DXP 安装目录下的 Library 中的所有元件库。 Protel DXP 的元件库以公司名分类，因此对一种特定元件的封装时，即可要懂得它的提供商。

40、对于常用的元件库，如电阻、电容等元器件， Protel DXP 提供了常用杂件库： Miscellaneous Devices IntLib 。对于常用的接插件和连接器件， Protel DXP 提供了常用接插件库： Miscellaneous Connectors IntLib 。 如果不懂得某一元件的提供商时，可以回到元件库管理器，使用元件库的查找功能进行搜索，获得元件的封装形式。在元件库管理器上，单击 Search 按钮，将弹出如图 5 37 的 Search Libranries （元件搜索）对话框。 图 5 36 添加元件库对话框。 图 5 37 元件搜索对话框 在 Scope 选项

41、区域中，选定 Available Libraries 单选项，即对已经添加到设计项目的库进行元件的搜索。选定 Libraries on Path 单选项，可以指定对一种特定的目录下的所有元件库进行搜索。 Path 选项区域中的 Include Subdirectories 复选项，选中该选项则对所选目录下的子目录进行搜索。 例如，在不懂得 DIP 16 形式封装的元件位于哪个库中的状况下，可以在 Search Criteria 选项区域的 Name 文本框中输人要搜索的信息名。在这里输人 DIP 16 ，然后单击 Search 按钮，系统将在指定的库里搜索。 元件搜索的成果即出目前 Resul

42、ts 选项卡里，如图 5 38 所示。 在元件搜索成果对话框中，显示出搜索的元件名、元件所在库的名称，并且显示该元件的封装图示。 图 5 38 元件搜索成果对话框 单击 Select 按钮，可以选中该元件，直接在 PCB 设计图纸上进行元件放置。 2 元件的放置 元件放置有如下两种措施： 在元件库管理器中选中某个元件，单击 Place 按钮，即可在 PCB 设计图纸上放置元件。 在元件搜索成果对话框中选中某个元件，单击 Select 按钮，即可在 PCB 设计图上进行元件的放置。进行元件放置时，系统将弹出如图 5 39 所示的 Place Component （元件放置）对话框，显示放置的元件

43、信息。 图 5 39 元件放置设立对话框 Place Component 设立对话框中，可为 PCB 元件选择 Placement Type （放置类型）选项区域的 Footprint 单选项。 Component Details 选项区域的常用设立及功能如下： Footprint 文本框：为元件的封装形式。 Designator 文本框：为元件名。 Component 文本框：为对该元件的注释，可以输人元件的数值大小等信息。 单击 OK 按钮后，鼠标将变成十字光标形状。在 PCB 图纸中移动鼠标到合适位置、单击左键，完毕元件的放置。 5.6.4 元件封装的修改 元件封装的修改有如下两种方式：

44、 在元件放置状态下，按 Tab 键，将会弹出 Component Designator 2 （元件属性）对话框。 对于 PCB 板上已经放置好的元件，可直接双击该元件，即可打开元件属性对话框，如图 5 40 所示。 图 5 40 元件属性对话框 元件属性对话框中设有 Component Properties 、 Designator 、 Comment 、 Source Reference Links 等 4 个选项区域。 Component Properties 选项区域的设立及功能如下： FootPrint 文本框：用于设立元件的封装形式。 Layer 下拉列表框：用于设立元件的放置层。

45、Rotation 文本框：用于设立元件的放置角度。 X Location 文本框：用于设立元件放置的 X 坐标。 Y Location 文本框：用于设立元件放置的 y 坐标。 Type 下拉列表框：用于设立元件放置的形式，可觉得原则形式或者图形方式。 Lock Prints 复选项：该选项即选择将元件做为整体使用，即不容许将元件和管脚拆开使用。 Locked 复选项：选中此项即将元件放置在固定位置。 Designator 选项区域的设立及功能如下： Text 文本框：用于设立元件的序号。 Height 文本框：用于设立元件文字的高度。 Width 文本框：用于设立元件文字的宽度。 Layer

46、下拉列表框：用于设立元件文字的所在层。 Rotation 文本框：用于设立元件文字放置的角度。 X 一 Location 文本框：用于设立元件文字的 X 坐标。 Y 一 Location 文本框：用于设立元件文字的 y 坐标。 Font 下拉列表框：用于设立元件文字的字体。 Hide 复选项：用于设立与否隐藏元件的文字。 Autoposition 下拉列表框：用于设立元件文字的布局方式。 Mirror 复选项：用于设立元件封装与否反转。 Comment 选项区域的设立用于对元件注释文字的设立。 Source Reference Links 选项区域中的设立用于所有文献库的有关设立。 5.7 生

47、成网表和更新 PCB 板 在原理图设计完毕后，可以生成网络表供 PCB 使用。 5.7.1 网表的生成 Netlist( 网表）分为 External Netlist （外部网络表）和 Internal Netlist （内部网络表）两种。从 SCH 原理图生成的供 PCB 使用的网络表就叫做外部网络表，在 PCB 内部根据所加载的外部网络表所生成表称为内部网表，用于 PCB 元件之间飞线的连接。一般顾客所使用的也就是外部网络表，因此不用将两种网络表严格辨别。 为单个 SCH 原理图文献创立网络表的环节如下： （ 1 ）双击文献工作面板中相应的 SCH 原理文献，打开要创立网表的原理图文档。

48、（ 2 ）执行主菜单命令 Design Netlist Protel ，如图 5 41 所示。 所产生的网络表与原项目文献同名，后缀名为 net ，这里生成的网络表名称即为 CLOCK NET 。图标位于文献工作面板中该项目的 Generated Protel Netlist 选项下，文献保存在 Generated Protel Netlist 文献夹下，如图 5 42 所示。 图 5 41 从 SCH 图生成网表操作 图 5 42 网表的生成 双击 CLOCK NET 图标，将显示网表的具体内容。 5.7.2 P rotel 的网表格式 Protel 网表的格式由两部分构成，一部分是元件的定

49、义，另一部分是网络的定义。 1 元件的定义 网络表第一部分是对所使用的元件进行定义，一种典型的元件定义如下： ；元件定义开始 C1 ；元件标志名称 RAD 0 3 ；元件的封装 10n ；元件注释 ；元件定义结束 每一种元件的定义都以符号“ ”开始，以符号“ ”结束。第一行是元件的名称，即 Designator 信息；第二行为元件的封装，即 Footprint 信息；第三行为元件的注释。 2 网络的定义 网络表的后半部分为电路图中所使用的网络定义。每一种网络意义就是相应电路中有电气连接关系的一种点。一种典型的网络定义如下： （ ；网络定义开始 NetC2_2 ；网络的名称 C2 一 2 ；连接

50、到此网络的所有元件的标志和引脚号 X1 1 ；连接到此网络的元件标志和引脚号 ） ；网络定义结束 每一种网络定义的部分从符号“（”开始，以符号“）”结束。“（”符号下第一行为网络的名称。如下几行都是连接到该网络点的所有元件的元件标记和引脚号。如 C2 一 2 表达电容 C2 的第 2 脚连接到网络 NetC2_2 上； X1 1 表达尚有晶振 X1 的第 1 脚也连接到该网络点上。 5.7.3 更新 PCB 板 生成网表后，即可将网表里的信息导人印刷电路板，为电路板的元件布局和布线做准备。 Protel 提供了从原理图到 PCB 板自动转换设计的功能，它集成在 ECO 项目设计更改管理器中。启

51、动项目设计更改管理器的措施有两种。 在 SCH 原理图编辑环境下，本例先打开 CLOCK SCHDOC 文献。执行主菜单命令 Design Update PCB CLOCK PCBDOC ，如图 5 43 所示。 先进人 PCB 编辑环境下，本例中打开 CLOCK PCBDOC 文献，执行主菜单命令 Design Irnport Changes From CLOCK PRJPCB ，如图 5 44 所示。 图 5 43 SCH 原理图编辑环境下更新 PCB 图 图 5 44 PCB 编辑环境下更新 PCB 图 执行以上相应命令后，将弹出 Engineering Change Order （更改

52、命令管理）对话框，如图 5 45 所示。 图 5 45 更改命令管理对话框 更改命令管理对话框中显示出目前对电路进行的修改内容，左边为 Modifications （修改）列表，右边是相应修改的 Status （状态）。重要的修改有 Add Component 、 Add Nets 、 Add Components Classes 和 Add Rooms 几类。 单击 Validate Changes 按钮，系统将检查所有的更改与否均有效，如果有效，将在右边 Check 栏相应位置打勾，如果有错误， Check 栏中将显示红色错误标记。 一般的错误都是由于元件封装定义不对的，系统找不到给定的封

53、装，或者设计 PCB 板时没有添加相应的集成库。此时则返回到 SCH 原理图编辑环境中，对有错误的元件进行更改，直到修改完所有的错误即 Check 栏中全为对的内容为止。 单击 Execute Changes 按钮，系统将执行所有的更改操作，如果执行成功， Status 下的 Done 列表栏将被勾选，执行成果如图 5 46 所示。图 5 46 显示所有修改正的成果 在更改命令管理对话框中，单击 Report Changes 按钮，将打开 Report Preview （报告预览）对话框，在该对话框中可以预览所有进行修改正的文献，如图 5 47 所示。 图 5 47 报告预览对话框 在报告预览

54、对话框中，单击 Export 按钮，将弹出文献保存对话框，如图 5 48 所示。在该对话框中，容许将所有的更改正的文献以 Excel 文献格式保存。 图 5 48 ECO 报告保存对话框 保存输出文献后，系统将返回到更改命令管理对话框，单击 Close 按钮，将关闭该对话框，进人 PCB 编辑界面。此时所有的元件都已经添加到 CLOCK PCBDOC 文献中，元件之间的飞线也已经连接。 但是所有元件几乎都重叠在一起，如图 5 49 所示，超过 PCB 图纸的编辑范畴，因此必须对元件进行重新布局。图 5 49 更新后生成的 PCB 图 5.8 元件布局 在以上环节中，所有元件已经更新到 PCB

55、板上，但是元件布局过密，甚至浮现重叠现象。 合理的布局是 PCB 板布线的核心。如果单面板设计元件布局不合理，将无法完毕布线操作；如果双面板元件布局不合理，布线时将会放置诸多过孔，使电路板导线变得非常复杂。合理的布局要考虑到诸多因素，例如电路的抗干扰等，在很大限度上取决于顾客的设计经验。 Protel DXP 提供了两种元件布局的措施，一种是自动布局，一种是手动布局。这两种措施各有优劣，顾客应根据不同的电路设计需要选择合适的布局措施。 5.8.1 元件自动布局 元件的自动布局（ Auto Place ）适合于元件比较多的时候。 Protel DXP 提供了强大的自动布局功能，定义合理的布局规则

56、，采用自动布局将大大提高设计电路板的效率。 自动布局的操作措施是在 PCB 编辑环境下，执行主菜单命令 Tools Auto Placement Auto Placer ，如图 5 50 所示，在弹出的 Auto Place （自动布局）对话框中，有两种布局规则可以供选择，如图 5 51 所示。 图 5 50 元件自动布局 图 5 一 51 自动布局对话框 选中 Cluster Placer （集群措施布局）选项，系统将根据元件之间的连接性，将元件划提成一种个的集群（ Cluster ），并以布局面积最小为原则进行布局。这种布局适合于元件数量不太多的状况。选中 Quick Component

57、Placement 复选项，系统将以高速进行布局。 选中 Statistical Placer （记录措施布局）选项，系统将以元件之间连接长度最短为原则进行布局。这种布局适合于元件数目比较多的状况（例如元件数目不小于 100 ）。选择该选项后，对话框中的阐明及设立将随之变化，如图 5 52 所示。 图 5 52 记录措施布局对话框 记录措施布局对话框中的设立及功能如下： Group Components 复选项：用于将目前布局中连接密切的元件构成一组，即布局时将这些元件作为整体来考虑。 Rotate Components 复选项：用于布局时对元件进行旋转调节。 Au tomatic PCB U

58、pdate 复选项：用于在布局中自动更新 PCB 板。 Power Nets 文本框：用于定义电源网络名称。 Ground Nets 文本框：用于定义接地网络名称。 Grid Size 文本框：用于设立格点大小。 如果选择 Statistical Placer 单选项的同步，选中 Automatic PCB Update 复选项，将在布局结束后对 PCB 板进行自动元件布局更新。 所有选项设立完毕后，单击 OK 按钮，关闭设立对话框，进人自动布局。布局所花的时间根据元件的数量多少和系统配备高下而定。布局完毕后，系统浮现布局结束对话框，单击 OK 按钮结束自动布局过程，此时所需元件将布置在 PC

59、B 板内部，如图 5 53 所示。 图 5 53 自动布局成果 图 5 53 中的布局成果只是将元件布置在 PCB 板中，但是飞线却没有布置。执行菜单命令 Design Netlist Clean All Nets 或者执行 Clean Nets 命令，将清除所有的网络，然后再撤销一次该操作，将在 PCB 图纸上显示飞线连接。 在布局过程中，如果想半途终结自动布局的过程，可以执行主菜单命令 Tools Auto Placement Stop Auto Placer ，即可终结自动布局。从图 5-54 中可以看到 , 使用 Protel 的元件自动布局功能 , 虽然布局的速度和效率都很高 , 但

60、是布局的成果并不令人满意。元件之间的标志均有重叠的状况 , 有时布局后元件非常凌乱。因此 , 诸多状况下必须对布局成果进行局部的调节 , 即采用手动布局 , 按顾客的规定进一步进行设计。 5.8.2 元件手动布局 在系统自动布局后，手动对元件布局进行调节，自动布局功能，直接进入元件的手工布置。 手动调节元件的措施和 SCH 原理图设计中使用的措施类似，即将元件选中进行重新放置。使用左键选中元件后拖动，此过程中元件之间的飞线不会断开。本例采用自动布局后的成果和又进行了手动调节后的效果比较，如图 5 54 和图 5 55 示。 图 5 54 自动布局后 PCB 图 图 5 55 手动调节后的 PCB 图 5 9 布线规则设立 Protel DXP 提供了 10 种不同的设计规则，涉及导线放置、导线布线措施、元件放置、布线规则、元件移动和信号完整性等。 电路可以根据需要采用不同的设计规则，如果设计双面板，其诸多规则可以采用系统默认值，这是由于系统默认就是针对双面板布线而设立的。 进人设计规则设立对信框的措施是在 PCB 电路板编辑环境下，执行主菜单命令 Design Rules