印制电路板的设计.ppt
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1、第7章 印制电路板的设计,7.1 印制电路板的设计基础7.1.1 印制电路板的概念印制电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)是以绝缘覆铜板为材料,经过印制、腐蚀、钻孔及后处理等工序,在覆铜板上刻蚀出PCB图上的导线,将电路中的各种元器件固定并实现各元器件之间的电气连接,使其具有某种功能。随着电子设备的飞速发展,PCB越来越复杂,上面的元器件越来越多,功能也越来越强大。印制电路板根据导电层数的不同,可以分为单面板、双面板和多层板3种。单面板:单面板只有一面覆铜,另一面用于放置元器件,因此只能利用覆了铜的一面设计电路导线和元器件的焊接。双面板:双面板是一种双面都覆有铜的电
2、路板,分为顶层Top Layer和底层Bottom Layer。多层板:如果在双面板的顶层和底层之间加上别的层,如信号层、电源层或者接地层,即构成了多层板。,7.1.2 印制电路板的设计流程,印制电路板的设计流程。,(1)绘制电路原理图 电路原理图是设计印制电路板的基础,此工作主要在电路原理图的编辑环境中完成。(2)规划电路板 印制电路板是一个实实在在的电路板,其规划包括电路板的规格、功能、工作环境等诸多因素。因此,在绘制电路板之前,用户应该对电路板有一个总体的规划。(3)设置参数 主要是设置电路板的结构及尺寸、板层参数、通孔的类型、网格大小等。(4)定义元器件封装 原理图绘制完成后,正确加入
3、网络报表,系统会自动地为大多数元器件件提供封装。(5)生成并加载网络报表 网络报表是连接电路原理图和印刷电路板设计之间的桥梁,是电路板自动布线的灵魂。(6)元器件自动布局 元器件自动布局是由电路原理图根据网络报表转换成的PCB图。,(7)元器件手工布局 对于那些自动布局不合理的元器件,可以进行手工调整。(8)设置布线规则 飞线设置好后,在实际布线之前,要进行布线规则的设置,这是PCB板设计所必须的一步。(9)自动布线 Altium Designer 6.0提供了强大的自动布线功能,在设置好布线规则之后,可以利用系统提供的自动布线功能进行自动布线。(10)手工布线 在自动布线结束后,有可能因为元
4、器件的布局使自动布线无法完全解决问题或产生布线冲突,此时就需要进行手工布线加以调整。(11)生成报表文件 印制电路板布线完成之后,可以生成相应的各种报表文件,比如元器件报表清单、电路板信息报表等。(12)文件保存,打印输出 生成了各种报表文件后,可以将其打印输出保存,包括PCB文件和其他报表文件均可打印,以便今后工作中使用。,7.1.3 印制电路板设计的基本原则,印制电路板中元器件的布局、走线的质量,对电路板的抗干扰能力和稳定性有很大的影响,所以在设计电路板时应遵循PCB设计的基本原则。1.元器件布局 元器件布局不仅影响电路板的美观,而且还影响电路的性能。在元器件布局时,应注意以下几点:按照关
5、键元器件布局,即首先布置关键元器件,如单片机、DSP、存储器等,然后按照地址线和数据线的走向布置其他元器件。高频元器件引脚引出的导线应尽量短些,以减少对其他元器件及电路的影响。模拟电路模块与数字电路模块分开布置,不要混乱地放置在一起。带强电的元器件与其他元器件的距离尽量远一些,并布置在调试时不易接触到的地方。对于重量较大的元器件,安装到电路板上时要加一个支架固定,防止元器件脱落。对于一些发热严重的元器件,可以安装散热片。电位器、可变电容等元器件应放置在便于调试的地方。,2.布线 在布线时,应遵循以下基本原则:输入端与输出端导线应尽量避免平行布线,以避免发生反馈耦合。对于导线的宽度,应尽量宽些,
6、最好取15mil以上,最小不能小于10mil。导线间的最小间距是由线间绝缘电阻和击穿电压决定的,在条件允许的范围内尽量大一些,一般不能小于12mil。微处理器芯片的数据线和地址线尽量平行布线。布线时走线尽量少拐弯,若需要拐弯,一般取45度走向或圆弧形。在高频电路中,拐弯时不能取直角或锐角,以防止高频信号在导线拐弯时发生信号反射现象。在条件允许范围内,尽量使电源线和接地线粗一些。,7.2 PCB编辑环境,7.2.1 启动印制电路板编辑环境在Altium Designer 6.0系统中,打开一个PCB文件后,即可进入到印制电路板的编辑环境中。执行菜单命令FileOpen,在弹出的对话框中选择一个P
7、CB文件。单击 按钮以后,系统打开一个PCB文件,进入到PCB编辑环境。,7.2.2 PCB编辑环境界面介绍,1.主菜单 PCB编辑环境的主菜单与电路原理图编辑环境的主菜单风格类似,不同的是提供了许多用于PCB编辑操作的功能选项。在PCB设计过程中,各项操作都可以通过主菜单栏中的相应命令来完成。对于菜单中的各项具体命令将在以后用到的地方作详细的讲解。2.PCB标准工具栏 PCB编辑环境的标准工具栏。该工具栏为用户提供了一些常用文件操作的快捷方式。3.布线工具栏 该工具栏主要用于PCB布线时放置各种图元。4.实用工具栏 该工具栏中包括6个按钮,每一个按钮都有一个下拉工具栏。5.过滤器工具栏 该工
8、具栏可以根据网络、元器件号或者元器件属性等过滤参数,使符合条件的图元在编辑区内高亮显示,不符合条件的部分则变暗。6.导航工具栏 该工具栏主要用于实现不同界面之间的快速切换。7.层次标签 单击层次标签,可以显示不同的层次图纸。每层的元器件和走线都用不同颜色加以区分,便于对多层次电路板进行设计。,7.2.3 PCB面板,Mask:若选中该复选框,则符合参数的图元将高亮显示,其他部分则变暗。过滤掉的图元不能被选择编辑,该复选框在From-To编辑器中不能使用。Select:若选中该复选框,则图元在高亮的同时被选中。该复选框在From-To编辑器中也不能使用。Zoom:该复选框主要用于决定编辑区内的取
9、景是否随着选中图元区域的大小进行缩放,从而使选中的图元充满整个编辑区。Clear Exist:若选中该复选框,则每次选取新图元时,上次选中的图元将退出高亮状态,否则上一次的图元仍然保持高亮状态。Apply:该按钮用于在更改参数或者复选框后,单击刷新显示。Clear:该按钮用于清除选中图元,使其退出高亮状态。,7.3 利用PCB板向导创建PCB文件,Altium Designer 6.0 为用户提供过了PCB板向导,帮助用户在向导的指引下创建PCB文件。通过向导创建PCB文件是最简单也是最常用的方法,用户可以在创建的过程中,设置PCB外形、板层、接口等参数。通过PCB向导创建PCB文件的具体步骤
10、如下:打开Files面板,在面板的New From Template栏中单击PCB Board Wizard按钮,打开PCB Board Wizard对话框。单击对话框中的 按钮,进入选择PCB尺寸单位对话框,Imperial表示尺寸单位为英制mil,Metric尺寸单位为公制毫米。设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入选择PCB模板对话框。在该对话框中可以选择系统提供的标准模板,单击一个模板后,在右侧的列表框中可以预览该模板。这里我们选择Custom,自定义PCB规格。选择Custom模版后,单击对话框中的 按钮,进入选择PCB细节对话框。设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入设置电路板层对
11、话框。设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入过孔风格设置对话框。,设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入元器件和布线逻辑设置对话框。设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入导线和过孔默认尺寸设置对话框。设置完成后,单击对话框中的 按钮,进入电路板向导完成对话框。在该对话框中,单击 按钮,完成PCB文件创建。此时系统根据前面的设置自动生成一个默认名为PCB1.PcbDoc的文件,同时进入到PCB编辑环境中。,7.4 使用菜单命令创建PCB文件,7.4.1 PCB板层设置Altium Designer 6.0提供了一个图层堆栈管理器对各种板层进行设置和管理,在图层堆栈管理器中,可以添加、删除、移动工
12、作层面等。启动图层堆栈管理器的方法有两种:执行主菜单命令DesignLayer Stack Manager。在PCB图纸编辑区内右击鼠标,在弹出的快捷菜单中执行OptionsLayer Stack Manager命令。7.4.2 工作层面颜色设置 工作层面颜色(Board Layers and Colors)设置对话框用于设置PCB板层的颜色,打开工作层面颜色设置对话框的方式如下:执行菜单命令DesignBoard LayersColors,打开工作层面颜色设置对话框。在PCB图纸编辑区内单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择OptionsBoard Layers Colors项,也可打开工作层
13、面颜色设置对话框。,7.4.3 环境参数设置,在设计PCB板之前,除了要设置电路板的板层参数外,还需要设置环境参数。执行菜单命令DesignBoard Options,或者在PCB图纸编辑区内单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择OptionBoard Options命令,打开Board Options(PCB板选项)对话框。在该对话框中有7个选项区域,用于设置电路板设计的一些基本环境参数。其主要设置及功能如下:Measurement Unit(测量单位):用于选择设计中使用的测量单位。Snap Grid(捕获网格):用于设置图纸捕获网格的距离,即工作区的分辨率,也就是鼠标移动时的最小距离。Co
14、mponent Grid(元器件网格):用于设置X和Y方向的元器件网格值,一般选择采用系统默认值。Electrical Grid(电气网格):用于系统在给定的范围内进行电气节点的搜索和定位,系统默认值为8mil。Visible Grid(可视网格):该选项区域中的 Markers 选项用于选择所显示网格的类型,有两种选择,一种是Lines线状网格,另一种是Dots 点状网格。Sheet Position(图纸位置):该选项区域中的X和Y用于设置从图纸左下角到PCB板左下角的x坐标和y坐标的值,Width用于设置PCB板的宽度,Height用于设置PCB 板的高度。Designator Disp
15、lay(标识符显示):用于选择元器件标识符的显示方式,有两种选择,Display Physical Designators按物理方式显示和Display Logical Designators按逻辑方式显示。,7.4.4 PCB板边界设定,PCB板边界设定包括PCB板物理边界设定和电气边界设定两个方面。物理边界用来界定PCB板的外部形状,而电气边界用来界定元器件放置和布线的区域范围。1.物理边界设定执行菜单命令DesignBorad Shape,系统弹出PCB板形状设定命令。Redefine Borad Shape:用于重新定义PCB板形状。我们可以使用该命令来重新设定PCB板的形状,具体操作
16、如下:执行该命令,光标变成十字形,原来的PCB板变成绿色。在编辑区的绿色区域内单击鼠标,确定一点作为PCB板的起点。移动光标到合适位置,再次单击鼠标,确定第二点。依次下去,绘制出一个封闭的多边形。绘制完成后,单击鼠标右键退出绘制状态。此时,PCB板的形状就重新确定了。,2.设定电气边界在PCB板元器件自动布局和自动布线时,电气边界是必需的,它界定了元器件放置和布线的范围。设定电气边界的步骤如下:在前面设定了物理边界情况下,单击板层标签的Keep-Out Layer标签,将其设定为当前层。执行菜单命令PlaceKeepoutTrack,光标变成十字形,绘制出一个封闭的多边形。绘制完成后,单击鼠标
17、右键退出绘制状态。此时,PCB板的电气边界设定完成。,7.5 PCB视图操作管理,7.5.1 视图移动在编辑区内移动视图的方法有以下几种:使用鼠标拖动编辑区边缘的水平滚条或竖直滚条。使用鼠标滚轮,上下滚动鼠标滚轮,视图将上下移动;若按住Shift后,上下滚动鼠标滚轮,视图将左右移动。在编辑区内,单击鼠标右键并按住不放,光标变成手形后,可以任意拖动视图。,7.5.2 视图的放大或缩小,1.整张图纸的缩放 在编辑区内,对整张图纸的缩放有以下几种方式:使用菜单命令Zoom In(放大)或Zoom Out(缩小)对整张图纸进行缩放操作。使用快捷键Page Up(放大)和Page Down(缩小)。利用
18、快捷键进行缩放时,放大和缩小是以鼠标箭头为中心的,因此最好将鼠标放在合适位置。使用鼠标滚轮,若要放大视图,则按住Ctrl键,上滚滚轮;若要缩小视图,则按住Ctrl键,下滚滚轮。2.区域放大(1)设定区域的放大执行菜单命令ViewArea,或者单击主工具栏中的 按钮,光标变成十字形。在编辑区内需要放大的区域单击鼠标,移动鼠标形成一个矩形区域。然后再次单击鼠标,则该区域被放大。,(2)以鼠标为中心的区域放大 执行菜单命令ViewAround Point,光标变成十字形。在编辑区内指定区域单击鼠标,确定放大区域的中心点,移动鼠标,形成一个以中心点为中心的矩形,再次单击鼠标,选定的区域将被放大。3.对
19、象放大 对象放大分两种,一种是选定对象的放大,另一种是过滤对象的放大。(1)选定对象的放大 在PCB板上选中需要放大的对象,执行菜单命令ViewSelected Objects或者单击主工具栏中的 按钮,则所选对象被放大。(2)过滤对象的放大 在过滤器工具栏中选择一个对象后,执行菜单命令ViewFiltered Objects或者单击主工具栏中 按钮,则所选中的对象被放大,且该对象处于高亮状态。,7.5.3 整体显示,1.显示整个PCB图图纸 执行菜单命令ViewFit Sheet,系统显示整个PCB图纸。2.显示整个PCB图文件 执行菜单命令ViewFit Document,或者在主工具栏中
20、单击 按钮,系统显示整个PCB图文件。3.显示整个PCB板 执行菜单命令ViewFit Borad,系统显示整个PCB板。,7.6 PCB编辑器的编辑功能,7.6.1 对象选取和取消选取1.对象的选取(1)用鼠标直接选取单个或多个元器件对于单个元器件的情况,将光标移到要选取的元器件上单击即可。这时整个元器件变成灰色,表明该元器件已经被选取。对于多个元器件的情况,单击鼠标并拖动鼠标,拖出一个矩形框,将要选取的多个元器件包含在该矩形框中,释放鼠标后即可选取多个元器件;或者按住Shift键,用鼠标逐一点击要选取的元器件,也可选取多个元器件。(2)用工具栏的 按钮选取 单击 按钮,光标变成十字形,在欲
21、选取区域单击鼠标,确定矩形框的一个端点,拖动鼠标将选取的对象包含在矩形框中,再次单击鼠标,确定矩形框的另一个端点,此时矩形框内的对象被选中。(3)用菜单命令选取,2.取消选取 取消选取也有多种方法,这里介绍几种常用的方法。直接用鼠标单击PCB图纸上的空白区域,即可取消选取。单击工具栏中的 按钮,可以将图纸上所有被选取的对象取消选取。执行菜单命令EditDeSelect。按住Shift键,逐一单击已被选取的对象,可以取消其选取状态。,7.6.2 移动和删除对象,1.单个对象的移动(1)单个未选取对象的移动 将光标移到需要移动的对象上(不需要选取),按下鼠标左键不放,拖动鼠标,对象将会随光标一起移
22、动,到达指定位置后松开鼠标左键,即可完成移动;或者执行菜单命令EditMoveMove,光标变成十字形状,用鼠标单击需要移动的对象后,对象将随光标一起移动,到达指定位置后再次单击鼠标,完成移动。(2)单个已选取对象的移动 将光标移到需要移动的对象上(该对象已被选取),同样按下鼠标左键不放,拖动至指定位置后松开鼠标左键;或者执行菜单命令EditMoveMove Selection,将对象移动到指定位置;或者单击工具栏中的 按钮,光标变成十字形状,单击需要移动的对象后,对象将随光标一起移动,到达指定位置后再次单击鼠标,完成移动。2.多个对象的移动 需要同时移动多个对象时,首先要将所有要移动的对象选
23、中。然后在其中任意一个对象上按下鼠标左键不放,拖动鼠标,所有选中的对象将随光标整体移动,到达指定位置后松开鼠标左键;或者执行菜单命令EditMoveMove Selection,将所有对象整体移动到指定位置;或者单击主工具栏中的 按钮,将所有对象整体移动到指定位置,完成移动。,3.菜单命令移动 除了上面介绍的两种菜单移动命令外,系统还提供了其他一些菜单移动命令。执行菜单命令EditMove,弹出命令菜单。4.对象的删除 执行菜单命令EditDelete,光标变成十字形。将十字形光标移到要删除的对象上,单击即可将其删除。此时,光标仍处于十字形状态,可以继续单击删除其他对象。若不再需要删除对象,单
24、击鼠标右键或按Esc键,即可退出。也可以单击选取要删除的对象,然后按Delete键可以将其删除。若需要一次性删除多个对象,用鼠标选取要删除的多个对象后,执行菜单命令EditClear或按Delete键,即可以将选取的多个对象删除。,7.6.3 对象的复制、剪切和粘贴,1.对象的复制 对象的复制是指将对象复制到剪贴板中,具体步骤如下。在PCB图上选取需要复制的对象。执行复制命令,有3种方法:执行菜单命令EditCopy。单击工具栏中的复制 按钮。使用快捷键Ctrl+C或E+C。2.对象的剪切 对象的剪切具体步骤如下:在PCB图上选取需要剪切的对象。执行剪切命令有3种方法:执行菜单命令EditCu
25、t。单击工具栏中的 按钮。使用快捷键Ctrl+X或E+T。执行剪切命令后,光标变成十字形,单击要剪切对象,该对象将从PCB图上消失,同时被复制到剪贴板中,完成剪切操作。,3.对象的粘贴 对象的粘贴就是把剪贴板中的对象放置到编辑区里,有3种方法:执行菜单命令EditPaste。单击工具栏上的粘贴 按钮。使用快捷键Ctrl+V或E+P。执行粘贴命令后,光标变成十字形状,并带有欲粘贴对象的虚影,在指定位置上单击鼠标即可完成粘贴操作。4.对象的橡皮图章粘贴 使用橡皮图章粘贴时,执行一次操作命令,可以进行多次粘贴,具体操作如下。选取要进行橡皮图章粘贴的对象。执行橡皮图章粘贴命令,有3种方法:执行菜单命令
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