电子电路设计与制作11章-protel99设计PCB

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1、项目二语音放大器的PCB设计与制作,项目目标,项目二的任务目标是利用电子CAD软件protel 99SE完成该电路的PCB设计与制作，项目参考结果如图2-1所示。,图2-1 语音放大器的PCB图,项目描述,项目分析,在D:ProtelXin1.ddb的Documents内新建一个名为YYFDQ.pcb的PCB文件，板框大小为3500mil*2100mil。同时根据设计需要完成PCB环境设置。 采用手工布线方法完成语音放大器的PCB设计。具体要求有：除三极管外，其余焊盘外径为80mil，普通线宽50mil，电源地线60 mil，布局和布线必须合理美观。 采用热转印法完成语音放大器PCB板的制作。

2、,项目具体要求如下:,任务分解,任务一 规划板框及设置PCB工作环境,印刷电路板的设计的一般步骤如图2-2所示：,图2-2 印制板图设计流程,任务一 规划板框及设置PCB工作环境,一、板框规划,对于要设计的电子产品，除了绘制电路图外，首要的工作就是电路板的规划，也就是确定电路板的板边，并且确定电路板的电气边界。规划板框常用方法有两种：一是手工规划，二是利用板框向导。项目二我们采用手工规划路板，在项目四中将再介绍利用向导规划板框的方法。 操作步骤如下： 第一步：打开D:ProtelXin1.ddb，双击打开Documents。 第二步：执行菜单命令“FileNew”，弹出如图2-3所示对话框，选

3、择PCB Document，单击“OK”,生成文件后将文件名修改为YYFDQ.pcb。,图2-3 新建PCB文件,一、板框规划,第三步：双击YYFDQ.pcb文件图标，进入PCB编辑环境，如图2-4所示。同时将编辑区中的放置工具栏移至窗口最左边。,图2-4 PCB编辑环境,一、板框规划,第四步：将工作页标签切换至Mechanical 4（机械层4），若该层标签中没有打开，那么切换至Keep out layer（禁止布线层）也可以。 第五步：单击主工具栏的 按钮或 按钮，放大或缩小编辑区至合适位置，然后单击放置工具栏中的画线按钮 ，在编辑区中任意画四根直线，如图2-5所示。画线的操作方法与SCH

4、环境画导线操作一样。,一、板框规划,第六步：执行EditOriginSet设置参考原点，光标上出现一个十字架，移至某根导线的某个端点上光标多出一个八角形时单击，则设置该点为参考坐标原点，可以发现编辑区下方状态上该点坐标变成了（0，0），如图2-5所示。或单击主工具栏上的按钮 也可以实现参考元件设置。,图2-5 设置参考原点,一、板框规划,第七步：双击图中最下方一根直线，弹出如图2-6所示的线属性设置对话框。图中显示已确认起点坐标，现在我们只需修改终点坐标为（3100，0），确认即可。结合板框尺寸要求是3500mil*2100mil，逐根修改每根边框线的坐标，使其构成一个符合板框要求的封闭区域。

5、,图2-6 线属性设置对话框,一、板框规划,第八步：所有直线的坐标都修改到位后，板框规划结果显示如图2-7所示。,图2-7 板框规划结果,一、板框规划,值得注意的是，对于机器制板或需要自动布线的PCB图，系统在识别时需要有一个由Keepout Layer（禁止布线层）框出的封闭区域，即布线区，布线区要小于板框尺寸，一般至少在板框内50mil处，对于采用导轨固定的印制板上的导电图形与导轨边缘的距离则要大于100mil。因此，建议大家在板框规划后习惯性的在禁止布线层作一个封闭区域，操作方法与板框规划相似，不同的是工作层应该切换到Keepout Layer。绘制完成后如图2-8所示。,图2-8 具有

6、布线区的板框规划结果,一、板框规划,工作层标签可以用来切换PCB不同的工作层。印制线路板设计时，层是一个十分重要的概念。 顶层（Top Layer）：又名元件面，是元器件主要的安装层面。对单面板，元件都安装在该面，该层没有印制导线，所有印制导线都在另一层（底层）。但有特殊情况，当电子线路板中有贴片元件时，为了实现电气连接，也会将贴片元件安装在底层。对于双面板和多层板，顶层也有印制导线，在PCB中，顶层的印制导线默认显示的颜色是红色。,一、板框规划,底层（Bottom Layer）：又名焊锡面，是布线的主要层面。对于单面板，该层面是唯一能布线的一层。在PCB中，底层的印制导线默认显示的颜色是蓝色

7、。 内部电源/接地层（Internal plane Layer）：Protel 99 SE提供了16个内部电源层/接地层。该类型的层仅用于多层板，主要用于布置电源线和接地线。 顶层、底层和内部电源/接地层都有电气属性，它们都属于信号层，通常称双层板、四层板、六层板，就是指信号层和内部电源/接地层的数目。,一、板框规划,机械层（Mechanical Layer）：Protel 99 SE提供了16个机械层，一般用于设置电子线路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其他的机械信息。实际应用中一般只用Mechanical 1和Mechanical 4。Mechanical 1主要用来标注尺寸

8、等，Mechanical 4主要用来放置板框、对准孔等，手工规划板框时就应该将工作层标签卡切换至Mechanical 4。 阻焊层（Solder mask Layer）：为了让电路板适应波峰焊等机器焊接形式，要求电子线路板上非焊接处的铜箔不能粘锡。所以在焊盘以外的各部位都要涂敷一层涂料，如防焊漆，用于阻止这些部位上锡。阻焊层用于在设计过程中匹配焊盘，是自动产生的。Protel 99 SE提供了Top Solder（顶层）和Bottom Solder（底层）两个阻焊层。,一、板框规划,锡膏防护层（Paste mask Layer）：它和阻焊层的作用相似，不同的是在机器焊接时对应的贴片元件的焊盘。

9、Protel 99 SE提供了Top Paste（顶层）和Bottom Paste（底层）两个锡膏防护层。当电子线路板上没有贴片元件时，可以直接关闭锡膏防护层。 禁止布线层（Keep out Layer）：用于定义在电子线路板上能够有效放置元件和布线的区域。在该层绘制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布线的。在自动布线时，该层的设置显得尤为重要，有时就是因为忘了设置布线区域，而不能实现自动布线。,一、板框规划,丝印层（Silkscreen Layer）：主要用于放置印制信息，如元件的轮廓和标注、各种注释字符等。Protel 99 SE提供了Top Overlay和Botto

10、m Overlay两个丝印层。一般情况下，各种标注字符都在顶层丝印层。 多层（Multi Layer）：电子线路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电子线路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层：多层。一般情况下，焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。 钻孔层（Drill Layer）：提供电子线路板制造过程中的钻孔信息（如焊盘、过孔就需要钻孔）。Protel 99 SE提供了Drill gride（钻孔指示图）和Drill drawing（钻孔图）两个钻孔层。,二、设置PCB工作环境,执行“DesignOptions”命令。弹出如图2-

11、9所示的Document Options对话框，单击Layer选项卡，可以发现窗口中有很多工作层，每个层前都有一个复选框。如果相应工作层前的复选框中被选中打“”，则表明该层被打开，否则该层处于关闭状态。一般我们根据设计需要打开要用的工作层即可。,图2-9 Document Options对话框,二、设置PCB工作环境, DRC Errors：用于设置是否显示电路板上违反DRC的检查标记，当电路设计中有出现违反设计规则的地方时，PCB图中将显示为高亮度的绿色，对设计者起到很好的提示作用，所以一般选择打“”。 Connections：用于设置是否显示飞线，飞线是在从原理图更新到PCB中后提示电路电

12、气连接关系的“飞线”，在元件布局和布线过程中都给工作带来很大的方便，所以一般选择打“”。 Pad Holes： 用于设置是否显示焊盘通孔，一般需要打“”。 Via Holes： 用于设置是否显示过孔的通孔，一般需要打“”。 Visible Grid1：用于设置第一组可视网格间距以及是否显示出来。 Visible Grid2：用于设置第二组可视网格间距以及是否显示出来。 PCB中可视网格的作用和SCH环境中可视网格的作用是一样的，不同的是PCB中有两组网格。一般我们在工作窗口看到的网格为第二组网格，放大画面之后，如果第一组网格也打“”，才可见到第一组网格。,二、设置PCB工作环境,切换到“Doc

13、ument Options”对话框的Options选项卡，如图2-10所示。由图可知，PCB环境中也有隐藏网格，和SCH下的隐藏网格作用一样，不同的是它分X方向和Y方向。,图2-10 “Document Options”对话框的Options选项卡,二、设置PCB工作环境,公、英制换算关系如下： 1mil=0.0254mm 1mm =39.37mil 100mil=2.54mm 1000mil=1英寸=25.4mm=2.54cm 公英制切换建议使用快捷键“Q”。,二、设置PCB工作环境,捕获网格的设置还可以单击主工具栏上的按钮 ，单击后弹出如图2-11所示对话框，输入数值，将同时修改了X方向和

14、Y方向捕获值。,图2-11 Snap Grid设置框,二、设置PCB工作环境,执行“ToolsPreferences”命令，弹出如图2-12所示对话框，单击 “Options”标签。,图2-12 “Options”选项卡,二、设置PCB工作环境,Online DRC设置是否允许“设计规则”的在线检查，一般选择打“”，配合图2-9中的DRC Errors选中，才能在PCB中显示绿色。 Autopan options用于设置自动边移功能，建议选择Style中的“Re-Center”，即以自动边移至当前光标为新的屏幕中心的方式。 Cursor Type用于设置光标形状。 Automatically

15、Remove用于设置是否自动清除回路布线。选中该项时，在手工调整布线操作过程中，两电气节点间重新连线后，PCB会自动删除原来的连线，一般选择打“”。 单击图2-12中的“Display”(显示)标签，选择显示方式。图中比较重要的设置有以下几条： Single Layer Mode用于设置是否只显示当前工作层。在这种情况下，屏幕上仅观察到当前工作内的图形符号。,二、设置PCB工作环境,Origin Marker用于是否设置坐标原点，当选中时，PCB图中坐标原点上将显示原点标记。如图2-13所示。默认是不显示的。,图2-13 显示坐标原点,单击图2-12中的“Colors”(颜色)标签，可以设置每

16、一层的颜色，如图2-14所示。无特殊需要，最好不要改动颜色设置。如出现颜色混乱，可单击Default Color（ 系统默认颜色）或Classic Color（传统颜色）按钮加以恢复。Classic Color方案为系统的默认选项。,图2-14 颜色标签卡,二、设置PCB工作环境,任务二 语音放大器的PCB设计,一、指定元件封装,元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的元件外轮廓形状及引脚尺寸，它由元件引脚焊盘大小、相对位置及外轮廓形状、尺寸等部分组成。某些元件的外轮廓形状及引脚尺寸完全一致，那么这些元件可以共用同一个封装，如74LS20和74LS00，它们都是双列直插14脚器件，那么它们的

17、封装形式都是DIP14；另一方面，同种元件可有不同的封装，如原理图中RES2代表电阻，但实际元件的外观却有很多种，不仅有贴片和针脚的大分类，即使都是针脚类元件，根据功率大小不同还包含很多类，因此它的封装形式有AXIAL0.3、AXIAL0.4、AXIAL0.6等等，设计时需要根据不同的功率选择合适的电阻封装。设计PCB时，不仅要知道元件名称，还要知道其封装形式。 一般我们会在绘制原理图时指定元件封装，即在任务一绘制电路图的编辑元件序号和参数过程中一同指定元件封装。也可在事后加以补充指定。,一、指定元件封装,元件封装形式分两大类：针脚式封装和表面贴装式（即贴片式）元件。针脚式元件焊盘的中心有孔，

18、焊盘属性对话框中“Layer”板层为Multi layer（多层），而贴片式元件焊盘的中心没有孔，焊盘属性对话框中“Layer”板层为Top layer（顶层），有时根据设计需要可以修改成底层，但必须为单一的面。,图2-15 元件封装的分类,一、指定元件封装,元件封装的编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。根据元件封装编号可以判别元件封装的编号规格。如AXIAL0.4表示此元件为轴状，两焊盘间距为400mil；DIP14表示此元件为双列直插元件，共有14脚。 常见的分立元件封装有以下几种： 电阻的封装名为“AXIAL+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如AXIAL0

19、.3、 AXIAL1.0。 二极管的封装名为“DIODE+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如DIODE 0.4、DIODE0.7。 扁平状电容的封装名为“RAD+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如RAD0.1 RAD0.4。 筒状电容的封装名为“RB+ 数字/+数字”，其中的第一个数字表示两个焊盘之间的间距，第二个数字表示圆筒的直径。如RB.2/.4RB.5/1.0。,表2-1是语音放大器中所有元件的封装列表。,表2-1 元件封装列表,一、指定元件封装,一、指定元件封装,封装的填写只要双击元件打开元件属性对话框后在Footprint一栏输入元件封装名称即可，如图2-16所示

20、，元件封装名称不分大小写，但不能有错误。封装可以逐个填写，但效率不够高，建议采用全局编辑法一次性完成同类元件的封装指定。,图2-16 电阻属性对话框中输入元件封装,一、指定元件封装,以电阻封装为例，语音放大器中的电阻采用的都是AXIAL0.3，介绍全局编辑实现一次性修改电阻封装的操作步骤。 第一步：双击某一个电阻 (设R4)，弹出电阻属性对话框，如图2-17。 第二步：在对话框的Footprint一栏中输入AXIAL0.3。 第三步：单击Global按钮，弹出如图2-16所示全局编辑属性对话框。 第四步： 在Attributes To Match By（编辑条件）区域中，Lib Ref后输入R

21、ES2，表示所有的电阻元件需要全局编辑。 第五步：在Copy Attributes(编辑内容）区域中， Footprint后输入AXIAL0.3，表示所有的电阻封装全部编辑成AXIAL0.3。 第六步：设置完毕单击Ok按钮，系统弹出Confrim对话框，如图2-18所示，要求用户确认修改9个对象，选择Yes后，当前原理图上所有电阻封装都变成了AXIAL0.3。,一、指定元件封装,图2-16 全局编辑属性对话框,图2-18 用户确认对话框,一、指定元件封装,执行“ReportsBill of Material”命令，按提示完成表格设置，自动生成EXCEL格式的元件清单，如图2-19所示。通过该表

22、可以快速检查出元件封装指定过程中的错误操作。,图2-19 生成材料清单核对元件封装,二、加载元件封装库,PCB元件封装库存放在“Design Explorer 99 SELibraryPCB”文件夹内三个不同的子目录下，其中Generic Footprints文件夹存放了通用元件封装图，Connectors文件夹存放了连接类元件封装图，IPC Footprints文件夹存放了表面安装元件的封装图。 单击Add/Remove按钮，可将指定封装文件加入到元件封装库列表中，同理，若需卸载，只需在图2-21的“Selected Files”中选中预卸载的库，单击“Remove”按钮即可。,二、加载元件

23、封装库,图2-21 加载元件封装库,三、载入网络表,protel在利用原理图或网络表更新PCB图时是根据元件序号来放置相应的元件封装，因此原理图中的元件序号一栏不能省略。引脚和引脚之间的电气连接转换成了PCB中的焊盘和焊盘之间的电气连接，所以还必须严格要求引脚序号和焊盘序号一致。如图2-22中所示元件和元件封装都是对应的，极性电容元件符号中1脚是正极，那么元件封装中也必须是1号焊盘是正极。,图2-22 元件和元件封装对应实例,1.网络表的修改,三、载入网络表,但也有一些元件符号和元件封却是不对应的，如图2-23所示。出现这种情况时必须通过两种常用的方法解决，一是修改元件符号，二是修改元件封装符

24、号。,图2-23 元件和元件封装不对应实例,三、载入网络表,通过修改网络表的方法解决上述问题。 电路图中的三极管原来取自“Miscellaneous Devices.ddb”中的“Miscellaneous Devices.lib”，现改成从“Sim.ddb”中的“BJT.lib”取元件，可以发现该库里取出的上述三极管元件引脚编号和元件封装的焊盘编号却是一致的。 由于电路图中RP1和RP2的2、3脚刚好连接在一起，即两点短路，那么PCB中两个引脚编号不一致对实际电路不会产生影响，因此，RP2和RP3无须修改也可以。 这样，需要修改的就剩下VD、RP和RP3了。,三、载入网络表,表2-2网络表修

25、改提示,三、载入网络表,在原理图环境下，执行 “DesignCreate Netlist”命令，按提示操作后将生成一个网络表文件，如图2-24所示。,图2-24 网络表文件,三、载入网络表,现以表2-2中的第一个修改为例说明操作过程。 第一步：在图2-24左侧文本编辑器的Find一栏输入VD-1，表示快速查找网络表文件中的VD-1字符串。 第二步：单击Search按钮，搜索结果如图2-25所示。表示在网络表的第343行出现了一次该字符。 第三步：光标移至“0343：Y”上单击选中该行，网络表文件中将快速显示出该行。 第四步：光标移至网络表文件中，将VD-1修改成VD-A即可，结果如图2-26所

26、示。,三、载入网络表,图2-25 文本搜索结果显示,图2-26 网络表修改结果,三、载入网络表,在PCB环境下，执行“DesignNetlist”命令，弹出如图2-27所示对话框。,图2-27 载入网络表对话框,2.载入网络表,三、载入网络表,单击“Browse”按钮，弹出文件选择对话框，如图2-28，选中“YYFDQ.NET”文件双击，图2-27将变成如图2-29所示。,图2-28 文件选择对话框,图2-29 载入网络表后的操作提示,三、载入网络表,常见的错误提示如下： Net not found：找不到对应的网络。 Component not found：找不到对应的元件。 New foo

27、tprint not matching old footprint：新的元件封装与旧的元件封装不匹配。 Footprint not found in Library：在PCB元件库中找不到对应元件的封装。 Warning Alternative footprint xxx used instead of：警告信息，用xxx封装替换。 一般用户应该根据错误提示回到原理图进行修改，重新生成网络表，直至没有错误提示为止，然后单击图2-29底部的Execute按钮，完成网络表和元件的装入，效果如图2-30所示。,图2-30 载入网络表效果,元件之间有很多预拉线，又称“飞线”，它反映了原理图中的电气连接

28、关系，为以后的手工布线引路；逻辑上表示了各元件焊盘间的电气连接关系，并不具备真正意义上的电气属性。,三、载入网络表,元件的布局非常重要，是印制板成败的关键之一，布局首先要考虑产品的电气性能，同时还要考虑整体装配的工艺要求，比如插座的位置会影响整机装配连线是否方便；也要考虑便于操作、调试与维护，如电位器的方向与位置等；还要兼顾布线是否方便，尤其对单面板，要确保高的布通率，以减少额外放置跳线；最后还要考虑元件布局的美观。,四、元件布局,执行“Tools/uto Place”(自动布局)命令，弹出如图2-31所示的自动布局对话框，有Cluster Place和Statistical Place两种方

29、式，建议选择第二种方式。并在Power Nets 一栏输入电路中电源的网络名称+12v，Ground Nets一栏输入地的网络名称GND。,1.自动布局,四、元件布局,图2-31 元件布局对话框,图2-32 自动布局结果,设置完成后单击“OK”，PCB实现自动布局如图2-32所示，显然这样的布局还很不合理，接下来进行手工调整。,调整元件的位置，最终使得电路中的元件布局符合上述基本原则，且预拉线交叉尽可能的少，以使后续的手工布线比较方便。 手工布局后的结果如图2-34所示。值得注意的是元件布局并不是一成不变的，我们往往会在布线的过程中发现某些地方的布局并不是最合理的，此时为了更好的布线效果，需要

30、对元件位置再做一些调整。,四、元件布局,图2-34 手工布局结果,2.手工布局,四、元件布局,元件布局的基本规则主要有以下几点： 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。 元器件离印制线路板机械边框的最小距离必须大于2mm（80mil），如果安装空间允许，最好保留5mm（200mil）。 除微波电路外，一般印制线路板上元件只能沿水平或垂直方向排列，否则不利于插件或贴片。 元件间距要结合插件、焊接工艺、散热、干扰以及成本等综合考虑。例如，对于发热量大的功率元件，元件间距要足够大，以利于散热；当元件间电位差较大时，应加

31、大它们之间的距离，以免放电引起意外短路；带强电的元件应尽量布置在调试时手接触不到的地方等。,四、元件布局,尽可能缩短高频器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互靠得太近，输入和输出元件应尽量远离。 质量过重的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。 发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。 对于需要调节的元件，如电位器、微调电阻、可调电感等的安装位置应充分考虑整机结构要求：对于需要机外调节的元件，其安装位置与可调节旋钮在机箱面板上的位置要一致；对于机内调节的元件，其放置位置以打开机盖后即可方便调节为原则。 时钟电路元件应尽量靠近芯片的时钟引脚，

32、尽量将去耦电容和滤波电容等放置在对应元件的周围。,四、元件布局,贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。 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。 金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制导线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。 有极性的器件在同一板上的极性标示方向尽量保持一致。,焊盘是元件固定和电气连接的部位，是影响产品质量和性能的重要指标。印制板中大多焊盘都是元件封装图中的一部分，也有少量焊盘是作为跳线、电源/地线或输入/输出信号线的连接盘以及大功率

33、元件固定螺丝孔、印制板固定螺丝孔等，这些焊盘不归属于某个元件封装，我们称之为孤立焊盘。,五、设定焊盘,1.单个焊盘的设置,图2-35 焊盘属性对话框,双击某个焊盘，弹出如图2-35所示焊盘属性对话框。,五、设定焊盘,焊盘形状有三种选择，Round（圆形）、Rectangle（方形）和Octagonal（八角形）。当X、Y方向外径尺寸不同时，还有椭圆形、长方形和长八角形。 为了增加焊盘的附着力，在中等密度布线条件下，一般采用椭圆形或长圆形焊盘；在高密度布线情况下，常采用圆形或方形焊盘。 有时也要根据需要灵活选择某个元件或某个元件中个别焊盘的形状。 总之，要尽量保证焊盘的附着力，一般焊盘铜环的外径

34、比内径要大2倍以上，焊盘的铜环不能太小，尤其是单面板，当铜环面积太小时，焊盘很容易脱落。,表2-3 常用焊盘设置尺寸 （单位：mm）,双击其中任意一个焊盘，弹出如图2-35所示对话框，修改焊盘外径X-Size和Y-Size均为80mil，单击Global按钮，弹出如图2-36所示对话框。在Attributes To Match By（编辑条件）区域中，不作任何条件约束，表示所有焊盘均需要编辑，在Copy Attributes(编辑内容）区域中，将X-Size和Y-Size前面打“” 。在最下方的Change Scope（操作范围）中选择“All primitives”，表示操作范围是所有焊盘，

35、另一选项是“All Free primitives”，表示操作范围仅仅局限于自由焊盘。设置完后单击“OK”即可。,五、设定焊盘,2.同类焊盘的批量处理（以80mil为例）,五、设定焊盘,图2-36 全局编辑所有焊盘外径,另外，为提高焊盘的牢固性，对密度高、焊盘本身不允许大的PCB，可以通过补泪滴的方法进行弥补。, 印制导线的走向要尽可能取直，以短为佳，不要绕远。 印制导线的弯折处走线平滑自然，连接处用圆角，避免用直角，因为直角或夹角会在高频电路中影响电路性能。 印制电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种方法解决。 作为电路输入与输出用的印制导线应尽量避免相互平行，

36、且在这些导线之间最好加接地线。,六、手工布线,布线就是利用印制导线完成原理图中的元件连接关系。不良的布线可能会降低电路系统抗干扰性能指标，甚至不能工作。因此，布线对操作者要求较高。,1.布线基本规则, 尽可能多地保留铜箔作公共地线，且布置在PCB的边缘；大面积铜箔在使用时最好镂空成栅格，以利于排除铜箔与基板间黏合剂受热产生的挥发性气体；导线宽度超过3mm时中间留槽，以利于焊接。 尽量加粗电源线的宽度，以便减少环路电阻；接地线也尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，会使电路抗噪音性能降低；一般应满足地线宽度电源线宽度信号线宽度。,六、手工布线, 印制线路板导线的最小宽度主

37、要由导线与绝缘基板间的黏稠度和流过它们的电流值决定；导线间的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。 同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。 在双面板中，由于没有地线层屏蔽，应尽量避免在时钟下方走线。双面板上两面的导线应避免相互平行。高频电路中必须严格限制平行走线的最大长度。,六、手工布线,六、手工布线,图2-39 布线举例,布线规则设置主要包括安全间距设置、布线拐角方式设置、板层设置、线宽设置等。其它基本用默认设置即可。 在PCB编辑器中，执行菜单命令“Design/Rules”，将弹出如图2-40所示的的Design Rules（设计规

38、则）对话框。,六、手工布线,图2-40 设计规则对话框,（1）设置安全间距（Clearance Constraint） 安全间距用于设置同一个工作层上的导线、焊盘、过孔等电气对象之间的最小间距。双击图2-35中第一条安全间距规则，弹出如图2-36所示的Clearance Constraint 设置对话框中。,六、手工布线,图2-41 设置安全间距对话框,Rule Scope指规则的适用范围，一般情况下，指定该规则适用于整个电路板（Whole Board）即可。 Rule Attributes指规则属性，用来设置最小间距的数值（如10mil）及其所适用的网络，包括Different Nets O

39、nly（仅不同网络）、Same Net Only（仅同一网络）和Any Net（任何网络）。 本例可以将安全间距设为15mil，适用整板Whole Board 。num Clearnce后输入15mil，所适用的网络选用默认的Different Nets Only。,六、手工布线,六、手工布线,图2-42 布线拐角模式设置对话框,（2）设置布线的拐角模式（Routing Corners） 主要用于设置布线时拐角的形状及拐角走线垂直距离的最小和最大值。双击图2-40中Rule Classes中的Routing Corners ，将弹出如图2-42所示的布线拐角方式设置对话框。本例采用该默认设置即

40、可，采用45度拐角，拐角走线的垂直距离为100mil。,六、手工布线,（3）设置布线工作层（Routing Layers） 用于设置布线的工作层及在该层上的布线方向。双层板的顶层与底层的布线方向必须相反，否则电子线路板会产生分布电容效应。如果是单层布线，必须将顶层设置为“Not Used”。,图2-43 布线工作层设置对话框,（4） 设置布线宽度（Width Constraint） 用于设置布线时的导线宽度。双击图2-40中Rule Classes中的Width Constraint，将弹出如图2-44所示的布线宽度设置对话框。本例线宽规则为普通线宽50mil、电源和地线宽60mil。普通线宽

41、的设置如图2-44所示，确认普通线宽设置后，进行电源线宽设置。,六、手工布线,图2-44 布线宽度设置对话框,单击设计规则对话框中的Add按钮，再次弹出布线宽度对话框，将Rule Scope中的下拉箭头打开，选中Net，工作窗口变成如图2-45所示，在Net的下拉菜单中选中+12V网络，在Rule Attributes选项区域中填写线宽最小、最大及优选值即可。,六、手工布线,图2-45 电源线宽设置对话框,同理可以设置地线的线宽，所有规则设置后，设计规则窗口将显示如图2-46所示。,六、手工布线,图2-46 线宽规则设置结果,每条规则前面有一个Enable使能项，可以控制使其启用规则或禁用规则

42、。线宽设置时一般可以把最大值和最小值的范围设得大一点。,印制导线的宽度与流过导线的电流大小有关：如果导线线宽太小，则印制导线电阻大，印制导线上的电压降也就大，影响电路性能，严重时会使印制导线发热而损坏；相反，印制导线太宽，则布线密度低，板面积增加，除了增加成本外，也不利于小型化。如果电流负荷以20A/mm2计算，当敷铜箔厚度为0.05mm时（敷铜板铜箔厚度一般为0.05mm），则1mm（约40mil）线宽的电流负荷大约为1A这就是所谓的“毫米安培”经验，其含义是1mm线宽的电流负荷能力为1A。 除了电流容量要求外，印制导线宽度还与焊盘直径有关，否则不仅影响美观，也容易造成虚焊。焊盘直径D与印制

43、导线宽度W关系大致为 。 例如，焊盘直径为62mil，则与焊盘相连的印制导线宽度为2040mil。,六、手工布线,印制导线转折内角不能小于90，一般选择135或圆角。原因是由于工艺原因，在印制导线的小尖角处，印制导线有效宽度小，电阻增大；另一方面，小于135的转角会使印制导线总长度增加，也不利于减小印制导线的寄生电阻和寄生电感。如图2-47所示。,六、手工布线,图2-47 绘制完一根导线,单击放置工具栏的放置导线按钮,可以按shift+空格键改变走线样式，按空格键改变走线的朝向，也可以在画导线的过程中改变线的宽度，按TAB键，弹出如图2-48所示对话框，在Trace Width一栏输入变细后的

44、线宽即可。要注意的是，输入的线宽必须介于设计规则中的线宽最大值和最小值范围以内。,六、手工布线,图2-48 修改线宽对话框,布线的过程中某根线如果觉得走线不合理，用户无须先删除原来的线再重新布线，可以直接在原来布线的基础上重新布新的线，原来的线会自动消除。 所有导线走通后，PCB如图2-44所示。,六、手工布线,图2-50 PCB手工布线完成,然后再检查和完善PCB图，比如图中元件序号C2的方向还需要再调整一下，三极管的型号最好显示出来等等。 具体修改方法：按住文字C2同时，按空格键旋转使文字水平后松手即可。双击三极管，将Compnent选项卡中的Hide后的“”去掉。最后PCB的设计结果如图

45、2-51所示，至此，手工布线设计PCB已经基本完成。,六、手工布线,图2-51 修改完善后的PCB图,（4）添加标注信息 最后将图2-51中J1处添加文字标注，表示此处是电源输入端，且标出正极符号，利于插装与调试。利用放置工具栏的文本按钮 实现。 Protel 99SE具有三维效果显示功能。执行菜单命令“View/Board in 3D”命令即可实现。需要说明的是汉化了后的软件此项功能是没有的。,六、手工布线,Protel具有一个有效的设计规则检查功能，该功能可以确认设计是否符合设计规则。一旦发现违规，违规的图件将被高亮绿色显示，并给出详细的违规报告。,七、设计规则检查,1.实时检查,实时检查

46、是在放置或移动图片的同时，系统自动利用规则进行检查，一旦发现违规，就会出现高亮绿色，同时如果PCB编辑器设为违规浏览模式（Violation）时，其中会显示违规的名称和具体内容。 执行菜单命令“ToolsDesign Rule Check”命令，弹出如图2-55所示对话框，选中On-line选项卡。一般检查项目如图示设置即可。 需要说明的是，实时检查如果要显示高亮度绿色，必须要符合两个条件，一是打开在线检查功能（执行“ToolsPreferences,Option选项卡的Online DRC前打），二是显示在线检查错误提示（执行DesignOptionsLayer选项卡的DRC Errors前

47、打）。,七、设计规则检查,图2-55 On-line选项卡,执行菜单命令“ToolsDesign Rule Check”命令，弹出对话框，选中Report选项卡,如图2-56所示。一般用默认设置即可，单击RunDRC按钮，系统即进行设计规则检查，并产生报告文件。,七、设计规则检查,图2-56 Report选项卡,2.分批检查,对本例进行设计规则检查后，产生报表如图2-57所示。倒数第二行显示“Violations Detected : 0”，表示错误总数为0.,七、设计规则检查,图2-57 设计规则检查报表,常见的错误提示有如下几种： 未布通,七、设计规则检查,上例提示电路中W2-1和R5-2

48、两脚之间未布通，回到PCB可以发现，那里有一根预拉线，尚未走通，布通再次检查该错误提示即可消除。,线宽超出线框范围,指定坐标处的导线线宽为5mil，而设计规则中规定的线宽范围为10100mil，加粗该导线即可。,违反安全间距,七、设计规则检查,指定坐标处的导线或焊盘与另一处的导线之间距离少于安全间距15mil，回到PCB图，加大两者之间的距离即可。,当一个PCB基本设计完成后，我们也可以在不对电路作任何修改的情况下，直接改进PCB，以图2-51中添加一个短路块元件为例，讲解其操作过程。,八、修改PCB,1.对原PCB图修改，找出合适的插入点,首先要明确该短路块在电路中的作用，对原PCB图作修改

49、，断开C4和第一级放大电路之间的连接，但是同时又要保证第一级放大电路是能正常工作的。,短路块的元件封装是SIP2，直接单击主工具栏的按钮，弹出如图2-59所示的放置元件对话框，在Footprint一栏输入取用的元件封装SIP2，在Designator一栏输入元件序号D1，Comment输入标注信息，也可空白。,八、修改PCB,图2-59 取用元件对话框,2.放置预插入元件，且实现飞线连接,放大PCB图，直至观察到焊盘上的网络名称为止，注意到与D1相连的焊盘上的网络名称是NetR3_2。双击D1的焊盘，弹出如图2-60所示对话框，将其切换到Advanced选项卡，将NET一栏选中预连接到NetR

50、3_2网络上，确认后，可以发现该焊盘上出现了一根飞线。同理另外一个焊盘进行同样的操作。最后结果如图2-61所示。,八、修改PCB,图2-60 焊盘连接到指定网络上,图2-61 元件连接到网络上，出现了飞线,完成铜模导线连接后如图2-62所示，必须注意D1元件是一个短路块，最后其通断将通过短路帽来实现，所以图中虽然还有一根飞线，但此飞线已不需要再连通了。同理，对图2-1中的D2也实行类似操作。,八、修改PCB,图2-62 完成铜模导线连接,3.完成铜模连接,图2-63 PCB设计结果,八、修改PCB,任务三 热转印法制作单面板,热转印制板的优点是快速、方便、安全、直观、成功率高，缺点是对激光打印

51、机要求高（需原装墨盒）且损害大（硒鼓容易坏）、有污染。 所需主要材料是敷铜板、热转印纸、三氯化铁（或工业盐酸和双氧水）和松香水（松香+无水酒精）；设备工具有热转印机（或电熨斗）、激光打印机、裁板机、锉刀、剪刀、镊子、细砂纸、记号笔；此外还要注意劳动保护，要准备好橡胶手套和围裙。 热转印法的具体操作流程是：打印热转印修补腐蚀钻孔擦拭、清洗涂松香水。,一、PCB图的打印输出,执行“File/Setup Printer”命令，弹出如图2-64所示输出选择窗口，选中输出打印机型号，单击“Options”(选项)按钮，在图2-65所示的打印输出特性窗口内，设置输出幅面大小、保留边框等。,一、PCB图的打

52、印输出,图2-64 打印机输出选择窗口,图2-65 打印输出特性设置,一、PCB图的打印输出,图2-66 设置打印工作层,设置了打印参数后，单击“OK”按钮，关闭相应的打印设置窗口，返回图2-54所示打印设置窗。单击 “Layers”(工作层)设置按钮，在图2-66所示窗口内选择打印输出的工作层。目前选择了“底层”(Bottom)+“机械层”(Mechanical 4)+“多层”(Multi)三层。,在打印机中放上一张热转印纸，注意光面朝上，要让墨粉印到光面。打印结果如图2-57（a）所示。有时为了节约热转印纸，也可以在PCB环境下先将几个PCB图组合到一个文件中，再一起打印，如图2-57（b

53、）所示，打印完毕后用剪刀将每一块电路板的图样剪开。,一、PCB图的打印输出,打印机墨粉的成分主要是炭黑和树脂。其中炭黑是着色剂，树脂是粘着剂。墨粉中的树脂在100摄氏度左右开始熔融，到150180摄氏度左右达到最佳印刷性能。打印机热辊就是这个温度。,图2-67 打印效果,热转印前必须对覆铜板进行表面处理。由于加工、存储等原因，在敷铜板的表面会形成一层氧化层或污物。其氧化层或污物将影响底图的复印，为此在复印底图前因将敷铜板表面清理干净。 清洗的具体方法是：用水砂纸蘸水打磨（注意别用粗砂纸），或用去污粉擦洗，直至将板面擦亮为止再用水冲洗干净，最后再用10%20%稀盐酸弱腐蚀23分钟，晾干即可以使用

54、。此外，也可以用涂抹牙膏或肥皂、酒精、细砂纸轻轻擦拭、极短暂腐蚀等方法。,二、覆铜板表面处理,采用热转印机或电熨斗进行热转印，将热转印纸上的碳粉通过热转印机转印到敷铜板上。如图2-68所示，当温度升高到140左右时，将打印好的热转印纸覆盖在敷铜板上，送入热转印机，使融化的墨粉完全吸附在敷铜板上。 转印过程中最重要的因素就是温度。温度过低则墨粉不能充分软化从转印纸上剥离；温度过高，虽然磨粉可以充分被加热，但同时转印纸上的塑料涂层也会热熔，和墨粉粘在一起，不利于墨粉的分离。,三、热转印,图2-68 热转印,热转印完毕后，小心揭开转印纸（在冷却至刚好不烫手时揭效果最好）。再用记号笔将没有转印好的地方

55、补描一下，就可以开始进行腐蚀了。热转印后效果如图2-69所示。,三、热转印,图2-69 热转印后的覆铜板,腐蚀的原理是因为墨粉可以阻挡腐蚀剂和铜的接触，所以有墨粉覆盖的地方（即电路板走线的地方）被保护留下敷铜能导电，而其他地方则被腐蚀了。将热转印后的敷铜板冷却后揭去热转印纸，放到双氧水+盐酸+水混合液或FeCl3溶液中腐蚀后即可形成做工精细的印刷电路板。前一种腐蚀液，腐蚀过程快捷，腐蚀液清澈透明，容易观察电路板被腐蚀的程度。但一定要注意观察，不要走开。待铜箔刚好消失的时候，用镊子迅速将线路板捞出。再用水进行冲洗，最后将线路板烘干。腐蚀后的印制板如图2-70所示。,四、腐蚀及清洗,图2-70 腐蚀后的印制板,如图2-71，利用钻孔机对准印制板中的焊盘钻孔，钻孔的过程中要根据需要调整针的粗细。,五、钻孔,图2-71 钻孔,（b）钻孔,(a） 钻孔机,将印制板上的墨粉用砂纸擦除掉，然后涂上松香水（松香粉末溶于无水酒精），使之有利于焊接，防止氧化，也使板子更美观。最后的印制板成品如图2-72所示。,六、后期处理,图2-72 热转印法印制板成品,THE END!,Thank You！,