电路板设计基础.ppt

Protel99SE电路图绘制基础,随着电子技术的迅速发展，大规模、超大规模集成电路的应用使印制电路板（PCB)的布线更加精密和复杂，因此很多厂商都推出了自己的电子线路CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计）软件，其中Protel以其界面友好、功能完善、操作简单、易学易用等优点，在EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）领域得到广泛使用，深受广大电子爱好者欢迎并作为首选的电子产品开发系统软件。,简介,1988年，Protel Technology公司设计的DOS版电路设计软件以其“易学、实用”的特点受到广大电路设计人员的欢迎进入20世纪90年代，Protel Technology公司及时推出了基于Windows的Protel软件Protel for Windows 1.0版 1994年和1997年分别推出了Protel for Windows 2.0版和Protel for Windows 3.0版 1998年Protel公司推出了Protel 98，特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持 1999年和2000年分别推出了Protel 99 和Protel 99SE,简介,2000年的8月Protel Technology成功地整合了多家EDA软件公司，并更名为Altium公司2002年8月推出了令人期待的最新产品Protel DXP、2004年和2005年Alitum公司分别推出了Protel DXP 2004和Protel DXP 2004 SP2（可以选择中文操作界面）2005年年底，Altium公司推出了Protel系列电子设计软件的最新高端产品Altium Designer 6.02008年3月12日Altium公司推出了Altium Designer 6.92012年6月Altium公司推出了Altium Designer 12,简介,目 录,1.1 电路板类型1.2 电路板类型选择 1.3 常用工作层面、图件和电气构成 1.4 电路板设计基本步骤 1.5 常用的编辑器 1.6 初识Protel 99SE 1.7 自 测 练 习 小结,在正式学习Protel 99SE之前，有必要先对电路板设计有个粗略的了解，这对于提高学习效率是十分有帮助的。本章主要介绍电路板的分类、如何选择电路板、电路板设计的基本步骤、电路板设计过程中常用的编辑器，以及Protel 99SE的基础知识，目的是让读者从感性上认识电路板、电路板设计和Protel 99SE。,1.1 电路板类型,通常意义上说的电路板指的就是印制电路板，即完成了印制线路或印制电路加工的板子，包括印制线路和印制元器件或者由二者组合而成的电路。具体来讲，一个完整的电路板应当包括一些具有特定电气功能的元器件和建立起这些元器件电气连接的铜箔、焊盘及过孔等导电图件。,按照工作层面的多少，电路板可以分为单面板、双面板和多层板，下面对这几类电路板进行简要介绍。,1.单面板,单面板是指仅在电路板的一面上有导电图形的印制电路板，如图1-1所示。,图1-1 单面板,（a）单面板顶层（b）单面板底层,2.双面板,双面板是指在电路板的顶层和底层都有导电图形的印制电路板，如图1-2所示。,（a）双面板顶层（b）双面板底层 图1-2 双面板,3多层板,多层板是指由3层或3层以上的导电图形层与其间的绝缘材料层相隔离、层压后结合而成的印制电路板，其各层间导电图形按要求互连。目前，常用的是4层板，包括顶层、底层、内部电源层（简称“内电层”）1（+12V）和内电层2（GND），其示意图如图1-3（a）所示，图1-3（b）所示为一设计好的多层板。,在电路设计中，多层板一般是指层板或层以上的印制电路板。,（a）多层板示意图（b）多层板实例 图1-3 多层板,1.2 电路板类型选择,在设计电路板时，选择电路板的类型主要从电路板的可靠性、工艺性和经济性等方面进行综合考虑，尽量从这几方面的最佳结合点出发来选择电路板的类型。印制电路板的可靠性，是影响电子设备和仪器可靠性的重要因素。,在设计印制电路板的整个过程中，设计人员应当始终考虑印制电路板的制造工艺要求和装配工艺要求，尽可能有利于制造和装配。印制电路板的设计人员也应当把产品的经济性纳入设计过程中，这在商品性生产竞争激烈的今天尤为必要。,1.3 常用工作层面、图件和电气构成,在设计电路板的过程中通常要用到许多工作层面，不同的工作层面具有不同的功能。1.3.1 常用工作层面 双面板设计过程中常用的工作层面如图1-4所示。,在Protel 99SE的PCB编辑器中，按Shift+S组合键，将电路板的显示模式切换到单层显示模式，即可逐层显示电路板的工作层面。,图1-4 普通双面板包含的工作层面 图1-5 双面板示例,（1）【Top Layer】（顶层信号层）,图1-6 顶层信号层,（2）【Bottom Layer】（底层信号层）,图1-7 底层信号层,（3）【Mechanical1】（机械层）（4）【Top Overlay】（顶层丝印层）,图1-8 顶层丝印层,（5）【KeepOut Layer】（禁止布线层）,图1-9 禁止布线层,（6）【MultiLayer】（多层面）,图1-10 多层面,放置元器件的焊盘和连接不同工作层上的导电图件的过孔等图件。,1.3.2 认识电路板上的图件,电路板上的图件包括两大类：导电图件和非导电图件。导电图件主要包括焊盘、过孔、导线、多边形填充、矩形填充等。非导电图件主要包括介质、抗蚀剂、阻焊图形、丝印文字、图形等。下面主要介绍一下导电图件。,图1-11 PCB电路板,安装孔,元器件,焊盘,过孔,矩形填充,导线,接插件,电路板边界,多边形填充,（1）安装孔：主要用来把电路板固定到机箱上，图1-11中的安装孔是用焊盘制作的。（2）焊盘：用于安装并焊接元器件引脚的金属化孔。（3）过孔：用于连接顶层、底层或中间层导电图件的金属化孔。,（4）元器件：这里是指元器件封装，一般由元器件的外形和焊盘组成。（5）导线：用于连接具有相同电气特性网络的铜箔。（6）矩形填充：一种矩形的连接铜箔，其作用同连接导线，将具有相同电气特性的网络连接起来。,（7）接插件：属于元器件的一种，主要用于电路板之间或电路板与其他元器件之间的连接。（8）电路板边界：是指定义在机械层和禁止布线层上的电路板的外形尺寸。制板商最后就是按照这个外形对电路板进行剪裁，因此用户所设计的电路板上的图件不能超过该边界。,（9）多边形填充：在后续章节中，还将提到多边形填充，它主要用于地线网络的覆铜。,1.3.3 电路板的电气连接方式,电路板的电气连接方式主要有两种：板内互连和板间互连。电路板内的电气构成主要包括两部分，电路板上具有电气特性的点（包括焊盘、过孔以及由焊盘的集合组成的元器件）和将这些点互连的连接铜箔（包括导线、矩形填充、多边形填充等）。具有电气特性的点是电路板上的实体，连接铜箔是将这些点连接到一起实现特定电气功能的手段。,1.4 电路板设计基本步骤,电路板设计的过程就是将设计者的电路设计思路变为可以制作电路板文件的过程，其基本步骤如图1-12所示。,图1-12 电路板设计的基本步骤,（1）原理图设计。（2）原理图符号设计。（3）PCB电路板设计。（4）元器件封装设计。（5）送交制板商。,1.5 常用的编辑器,从电路板设计的基本步骤可以看出，电路板设计过程中常用的编辑器主要有原理图编辑器、原理图库编辑器、PCB编辑器和元器件封装库编辑器。下面简要介绍一下这些常用编辑器的主要功能。如何启动这些常用的编辑器，将在节中进行介绍。,1.5.1 原理图编辑器,在介绍电路板设计的基本流程时提到，一个完整的电路板必须经过原理图设计和PCB电路板设计两个阶段。电路板设计第一阶段的原理图绘制就是在原理图编辑器中完成的。原理图编辑器的操作界面如图1-13所示。,图1-13 原理图编辑器,图纸区域工作窗口,状态栏,原理图编辑器管理窗口,主工具栏,菜单栏,命令行,绘图工具栏【Drawing Tools】,放置工具栏【Wiring Tools】,原理图编辑器的主要功能是设计原理图，为PCB电路板设计准备网络表文件和元器件封装。在原理图设计过程中，可以为每一个原理图符号指定元器件封装。在原理图设计完成后，执行【Design】/【Create Netlist】菜单命令可以生成网络表文件。此外，在原理图编辑器中利用原理图库提供大量原理图符号的优势，还可以快速绘制电子设备的接线图。,1.5.2 原理图库编辑器,在绘制原理图的过程中，经常需要自己动手制作原理图符号。在正式制作原理图符号之前，需要创建一个原理图库文件，以存放即将制作的原理图符号。新建一个原理图库文件或者是打开已有的原理图库文件就可以激活原理图库编辑器。激活后的原理图库编辑器如图1-14所示。,图1-14 原理图库编辑器,原理图库编辑器的主要功能就是制作和管理原理图符号。,1.5.3 PCB编辑器,在原理图绘制完成后，下一步工作就需要将元器件封装和网络表载入到PCB编辑器中进行电路板设计。PCB编辑器的激活可以通过打开已经存在的PCB文件或者是通过创建新的PCB文件来完成。打开一个已经存在的PCB文件，如图1-15所示。,在PCB编辑器中，将完成电路板设计第二阶段的任务，即根据原理图设计完成电路板设计。电路板设计主要包括电路板选型、规划电路板的外形、元器件布局、电路板布线、覆铜、设计规则校验等工作。,图1-15 PCB编辑器,1.5.4 元器件封装库编辑器,在元器件封装和网络表载入PCB编辑器之前，设计者必须确保所有用到的元器件封装所在的元器件封装库都已经载入了PCB编辑器，否则将导致元器件封装和网络表载入的失败。如果个别元器件封装在系统提供的元器件封装库中不能找到，解决的办法就是自己动手制作元器件封装。,图1-16 元器件封装库编辑器,图纸区域工作窗口,元器件封装库编辑器管理窗口,元器件封装库放置工具栏【PCBLib Placement Tools】,1.5.5 常用编辑器之间的关系,原理图编辑器、原理图库编辑器、PCB编辑器和元器件封装库编辑器贯穿了电路板设计的全过程。根据电路板设计不同阶段的要求，设计者可以激活相应的编辑器来完成特定的任务。在电路板的设计过程中，4个常用编辑器之间的关系如图1-17所示。,图1-17 4个常用编辑器之间的关系,1.6 初识Protel 99SE,Protel 99SE就是众多计算机辅助电路板设计软件中的佼佼者。Protel 99SE以其强大的功能、方便快捷的设计模式和人性化的设计环境，赢得了众多电路板设计人员的青睐，成为当前电路板设计软件的主流产品，是目前影响最大、用户最多的电子线路CAD软件包之一。,1.6.1 启动Protel 99SE,本书将以Protel 99SE为载体向读者介绍电路板设计的基础知识。下面简介启动Protel 99SE具体操作步骤如下。（1）在Windows桌面上选取【开始】/【程序】/【Protel 99 SE】/【Protel 99 SE】菜单命令，即可启动Protel 99SE，如图1-18所示。,图1-18 启动Protel 99SE菜单命令,（2）在启动Protel 99SE应用程序的过程中，显示屏幕上弹出Protel 99SE的启动画面，如图1-19所示。接下来系统便打开Protel 99SE的主窗口，如图1-20所示。,图1-19 Protel 99SE启动画面,图1-20 Protel 99SE主窗口,启动Protel 99SE还有以下两种简便方法。（1）如果读者在安装Protel 99SE的过程中，在桌面上创建了快捷方式，那么双击Windows桌面上的Protel 99SE的图标也可以启动Protel 99SE。（2）直接单击【开始】菜单中的Protel 99SE图标，即可启动Protel 99SE，如图1-21所示。,图1-21 从【开始】菜单中启动Protel 99SE,在Protel 99SE设计浏览器中，主要包括菜单栏、工具栏、浏览器管理窗口、工作窗口、命令行、状态栏等，如图1-22所示。,图1-22 Protel 99SE设计浏览器,工作窗口,命令行,状态栏,浏览器管理窗口,工具栏,菜单栏,Protel 99SE设计浏览器是电路板设计的大平台。在这个大平台上，根据电路板设计的需要设计者可以激活原理图编辑器进行原理图设计，在原理图设计完成后可以激活PCB编辑器进行电路板设计，以及完成电路分析和仿真设计等。,1.6.3 Protel 99SE的文件存储方式,Protel 99SE系统为用户了提供两种可选择的文件存储方式，即【Windows File System】（文档方式）和【MS Access Database】（设计数据库方式），如图1-23所示。,图1-23 文件存储方式,图1-24 文档方式存储电路板设计文件,1.6.4 启动常用编辑器,启动编辑器可以通过新建设计文件或者是打开已有的设计文件来实现。Protel 99SE采用设计数据库文件来组织管理设计文件，将所有的设计文档和分析文档都放在一个设计数据库文件中，进行统一管理。,1新建设计数据库文件,设计数据库文件相当于一个文件夹，在该文件夹下可以创建新的设计文件，也可以创建下一级文件夹。这种管理方法在设计一个大型的电路系统时非常实用，设计者在电路板设计过程中应当掌握这种分门别类的管理方法。因此，在新建设计文件之前，应当首先新建一个设计数据库文件。下面介绍新建设计数据库文件的操作。,（1）启动Protel 99SE，打开设计浏览器。（2）执行菜单命令【File】/【New】，系统打开【New Design Database】（新建设计数据库文件）对话框，如图1-25所示。,图1-25 新建的设计数据库文件,（3）在【Database File Name】（设计数据库文件名称）文本框中输入设计文件的名称。本例中命名为“MyfirstDesign.Ddb”。（4）单击按钮，打开【Save As】（存储文件）对话框，然后将存储位置定位到指定的硬盘空间上，结果如图1-26所示。,图1-26 保存后的设计数据库文件,（5）单击按钮，回到新建设计数据库文件对话框，确认各项设置无误后，单击按钮即可创建一个新的设计数据库文件，结果如图1-27所示。,图1-27 新建的设计数据库文件,2启动原理图编辑器,启动原理图编辑器的方法非常简单，新建一个原理图设计文件或者打开已有的原理图设计文件，就能启动原理图编辑器。下面介绍如何新建一个原理图设计文件。（1）双击图1-27中的图标，打开该文件夹，将新建的原理图设计文件放置在该文件夹下。,（2）执行菜单命令【File】/【New】，打开【New Document】（新建设计文件）对话框，如图1-28所示。,图1-28 新建设计文件,（3）在新建设计文件对话框中，单击【Schematic Document】（原理图设计文件）图标选中新建原理图设计文件选项，然后单击按钮，新建一个原理图设计文件，结果如图1-29所示。,图1-29 新建的原理图设计文件,（4）给原理图设计文件命名为“MyfirstSch.Sch”。（5）执行菜单命令【File】/【Save All】，将该原理图设计文件存储至当前设计数据库文件中。,3启动PCB电路板编辑器,下面介绍如何新建PCB设计文件。（1）执行菜单命令【File】/【New】，打开新建设计文件对话框。（2）在新建设计文件对话框中，单击【PCB Document】（PCB设计文件）图标，选中新建PCB设计文件选项，然后单击按钮，系统将会新建一个PCB设计文件，结果如图1-30所示。,图1-30 新建的PCB设计文件,（3）给PCB设计文件命名为“MyfirstPCB.PCB”。（4）执行菜单命令【File】/【Save All】，将该PCB设计文件存储至当前设计数据库文件中。,4启动原理图库编辑器,当原理图设计过程中需要编辑或自己制作原理图符号时，就需要启动原理图库编辑器。下面介绍如何通过新建原理图库文件来启动原理图库编辑器。（1）执行菜单命令【File】/【New】，打开新建设计文件对话框。,（2）在新建设计文件对话框中，单击【Schematic Library Document】（原理图库文件）图标，选中新建原理图库设计文件选项，然后单击按钮，系统将会新建一个原理图库设计文件，结果如图1-31所示。,图1-31 新建的原理图库设计文件,（3）给原理图库设计文件命名为“MyfirstSchLib.Lib”。（4）执行菜单命令【File】/【Save All】，将该原理图库设计文件存储至当前设计数据库文件中。,5启动元器件封装库编辑器,在电路板设计过程中，如果元器件封装在系统提供的元器件封装库中找不到，这时就需要设计者自己制作元器件封装。元器件封装的制作是在元器件封装库编辑器中完成的。下面介绍如何通过新建一个元器件封装库设计文件来启动元器件封装库编辑器。（1）执行菜单命令【File】/【New】，打开新建设计文件对话框。,（2）在新建设计文件对话框中，单击【PCB Library Document】（PCB元器件封装库文件）图标，选中新建元器件封装库设计文件选项，然后单击按钮，系统将会新建一个元器件封装库设计文件，结果如图1-32所示。,图1-32 新建的PCB设计文件,（3）给元器件封装库设计文件命名为“MyfirstPCBLib.LIB”。（4）执行菜单命令【File】/【Save All】，将该元器件封装库设计文件存储至当前设计数据库文件中。,6编辑器窗口的切换与关闭,在Protel 99SE中，如果同时打开或新建多个设计文件，则所有打开的设计文件在工作窗口上部会有一个相应的标签，而工作窗口中只显示当前处于激活状态的编辑器工作窗口。单击这些标签就可以在不同设计文件之间自由切换。要关闭其中的一个文件，可以在标签上单击鼠标右键，在打开的菜单命令中选择【Close】，即可关闭相应的设计文件。,1.7 自 测 练 习,请根据图1-33回答以下问题。（1）请指出图1-33所示的电路板中标示的图件各指什么？（2）指出该电路板的结构类型属于哪种电路板？（3）为什么该电路板要选择这种结构类型？请应用本章的知识进行分析。,（4）图1-33所示电路板的电气连接有何特点？,图1-33 看图识物示例,小 结,本章主要介绍了有关电路板设计和Protel 99SE的基础知识，目的是让读者从感性上建立起对电路板设计和Protel 99SE的认识。（1）对电路板的分类方法进行了介绍。电路板的分类一般是按照电路板层数的多少进行的，主要可以分为3类：单面板、双面板和多层板。,（2）介绍了电路板选型的原则。电路板选型原则是：可靠性是选择电路板结构类型的首要前提，工艺性是电路板能够加工成型的保证，经济性也必须考虑。（3）以双面板设计为例，介绍了电路板设计过程中常用的工作层面和图件，目的是让读者认识电路板及电路板上的图件。,（4）介绍了电路板的电气构成。电路板的连接方式主要有板内互连和板间互连。（5）简要介绍了电路板设计的基本步骤。（6）介绍了电路板设计过程中常用的编辑器和常用编辑器之间的关系。（7）简单介绍了Protel 99SE的启动方法，以及常用编辑器的启动方法，使读者初步认识了Protel 99SE。,