二十2、印刷电路板设计.ppt
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1、第九章、印刷电路板设计:,在完成了原理图和网络表的操作,同时掌握了印刷线路板的基本概念以后,从本章开始,将向设计人员介绍Protel DXP另一强大的设计编辑器:印刷电路板设计编辑器。本章将向设计人员介绍印刷电路设计的基本流程和DXP的印刷电路板设计编辑器的常用操作。为绘制印刷线路板打下扎实的基础。,9.2 绘制印刷电路板(PCB),重点内容:印刷电路板的基本设计流程 创建PCB文件 PCB编辑器放置工具栏,一、印刷电路板的基本设计流程:,要想利用Protel DXP的印刷电路板编辑器设计一块实用的印刷线路板,就要按照设计的基本流程一步一步的往下设计,同时要确保每一个步骤都是正确的,只有这样才
2、能达到预期的效果。印刷线路板的基本设计流程一般可以分为以下几个步骤:1.PCB板初始化。完成元器件封装定义、自动化设计的参数设置以及板面设置。元器件封装定义一般是手工更改网络表将一些在原理图上没有定义焊盘的元器件定义到与它相通的网络上,如果是没任何物理连接的可定义到地或保护地上,随后画出自己定义的非标准器件的封装库,并且调入系统提供的元器件封装库。自动化设计参数包括自动布局参数和自动布线参数;完成板面设置是要在禁制层上勾勒出PCB板的外边框以及中间的镂空位置,在需要放置固定孔的地方放上适当大小的螺丝孔。,2.布局。打开所有要用到的PCB 库文件后调入网络表文件,然后遵循电磁兼容原则,合理的安排
3、各个元器件的位置。布局的好坏直接影响PCB板的电气性能和后面的布线成功率。尽管Protel DXP 提供了自动布局的功能,但是一般而言都需要进行手工调整。如果采用手工布局应该按如下操作:从机械结构散热、电磁干扰和将来布线的方便性等方面综合考虑布局问题,先布置与机械尺寸有关的器件并锁定这些器件,然后是大的占位置的器件和电路的核心元器件,最后才是外围的小元器件。完成了以上操作后用设计软件的3D观察功能查看布置是否合理与美观。如何使用设计软件的3D观察功能会在后面章节介绍。注意:布局时候相互间连线比较多的元器件采用就近原则,反之相互间会产生干扰的元器件要尽量分割开,模拟电路与数字电路也要分割开,另外
4、功率元器件要考虑散热问题。,3.布线。布线就是在元器件之间放置铜膜走线的过程。这一过程可以通过自动布线完成,也可以通过手工布线完成。在进行自动布线之前,一定要设置正确布线参数,如果参数设置不好,则会导致自动布线失败。关于布线建议采用一下方法:对部分重要线路进行手工预布线如晶振PLL、小信号、模拟电路等预布线完成后存盘,对自动布线功能进行设置请选中其中的Lock All Pre-Route 功能然后开始自动布线,这样就可以保护手工布的线。在合理布局的情况下,一般通过上面两步就可以完成布线了,但是假如不能完全布通,则可手工继续完成未布通的走线或调整一下布局或布线规则再重新布线。,4.对PCB板进行
5、设计规则检查DRC。这一步是利用系统自带的DRC功能自动完成的。完成后检测结果在报告文件中显示,用户可以根据报告文件检查和修改设计过程中的错误。如果有错则改正布局和布线过程中,若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表手工更改网络表,然后重复以上步骤直至设计规则检查的结果没有错误。5.板面字符调整。经过上面四步后PCB板已经设计完成,字符的调整只是为了板面的美观和方便焊接而考虑。注意:字符的大小要合适不要重叠,另外焊盘上不能放置字符,否则会导致虚焊。6.最后再做一次DRC检查,确保全部正确。全部正确后将完成的PCB板设计图存盘、打印或制板。,与原理图设计相同的是在进行印刷线路板设计之前必须先创
6、建一个PCB文件,而一般创建PCB文件有两种方法:一是使用菜单命令直接创建PCB文件;二是利用PCB文件生成向导创建PCB文件。其中第一种方法非常简单,只要执行菜单命令File/New/PCB,将会自动的创建了一个通用的、标准的PCB设计文件。这种方法简洁、方便,提高了开发效率,但是也存在柔性度不高的问题。第二种方法,因为方法完全个性化,在创建PCB文件的同时将完成所有设计参数的设置,同时还完成了印刷电路板的板框设计。,二、创建PCB文件:,图1 创建PCB文件(第一种方法),三、PCB编辑器放置工具栏:,在设计印刷电路板的时候经常要使用到组建的选取、放置等基本操作,因此先介绍一下PCB编辑器
7、中有关组建的基本操作。PCB编辑器为设计人员提供了方便的放置工具栏,利用好放置工具栏能够节省大量的设计时间,提高设计效率。在介绍具体使用放置工具栏之前,先总体介绍一下放置工具栏中有那些放置组建。如图2所示;图2中从上到下,从左至右依次为:绘制交互式铜膜走线、绘制单纯铜膜走线、放置焊盘、放置导孔、放置说明字符串、放置坐标指示、放置尺寸标注、参考原点定位、放置元器件、绘制圆及圆弧、填充区域操作、放置线路板铺铜和元器件阵列操作。下面就某些常用的组建进行具体介绍。,图2 放置工具栏,1.绘制交互式铜膜走线 使用放置工具栏中的快捷图标或点击主菜单栏Place菜单中的Interactive Routing
8、命令会将编辑模式自动的切换到交互式铜膜走线模式。鼠标的形状由空心箭头变成十字形式。此时只需要单击铜膜走线的起点就会出现一个随着鼠标指针移动的导引线,然后配合转弯等方式可以完成整个布线过程。在布线过程中可以通过Esc键盘按键取消交互式铜膜走线的命令。在进行交互式铜膜走线的时候,单击键盘的Tab按键就可以修改铜膜走线的参数,当然可以通过双击已经画好的铜膜走线也可以打开交互式铜膜走线的参数设置对话框,如图3所示。,图3中的各个参数的具体含意如下:Via Hole Size用于设置导孔孔径的大小。Trace Width 用于设置铜膜走线的宽度。Via Diameter用于设置导孔焊盘的大小。Layer
9、用于设置铜膜走线所在的板层,通过选择下拉列表框中的内容来设置。在Design Rule Constrains中显示的是导线和导孔的设计规则。设计人员点击左下角的Menu按钮就会弹出如图4所示的菜单,通过选择不同的子菜单可以完成不同的设计规则的参数设置。我们由Edit Width Rule选项可以打开编辑走线宽度的设计规则对话框;由Edit Via Rule选项可以打开编辑导孔参数的设计规则对话框;由Add Width Rule打开新增走线宽度设置的设计对话框;由Add Via Rule打开新增导孔参数设置的设计规则对话框。,图4 交互式铜膜导线设置对话框中的Menu下拉菜单,2.绘制单纯铜膜走
10、线 使用放置工具栏中的快捷图标或点击主菜单栏Place菜单中的Line命令就会将编辑模式自动的切换到单纯铜膜走线模式。单纯铜膜走线模式下除了按Tab键的作用与交互式走线不同外,其它和交互式走线完全相同。单纯铜膜走线模式下按Tab键将弹出如图8.16所示的属性对话框。在此对话框中留给设计人员设置的参数非常的少,只能设置走宽度和走所在的板层。无论是交互式铜膜走线模式还是单纯铜膜走线模式,Protel DXP印刷电路板设计软件都提供了五种不同的走线形式。这五种不同的走线模式分别是:45角走线、45圆弧转角走线、90角走线、90圆弧转角走线、任意角度转角走线。各种走线方式之间的切换是非常方便的,具体操
11、作如下:在绘制铜膜走线的状态下,按Shift空格键,就可以方便的实现走线方式之间的自动切换。另外,通过空格键可以切换走线的方向。在进行实际走线的时候,必然会存在不同板层之间需要布线的情况,此时操作也是非常简单的,只需按数字键盘上的*号键就可以自动的实现不同的板层之间的切换。至于导孔系统也会自动的添加。具体操作会在放置导孔一节中介绍。注意:在有相应网络标号的场合只能使用交互式铜膜走线模式,否则DRC会将走线反色表示错误。在没有网络的场合,两种走线模式都可以使用。,3.放置焊盘 放置焊盘是比较常用的操作,比如利用焊盘实现元器件封装与电路板之间的电气连接;又比如设计人员在布线后,希望在一个特定的地方
12、作为电源的输入,这就需要放置焊盘来焊接电源的输入点。所以焊盘在PCB设计过程中很重要。,图5 焊盘属性设置对话框,点击放置工具栏中的放置焊盘的图标或点击主菜单栏Place菜单中的Pad命令就会进入放置焊盘状态。此刻鼠标的形状由空心箭头变成十字形式,在适当的位置点击鼠标就完成了焊盘的放置。在放置焊盘状态下点击Tab按键或在已经放置好的焊盘上双击鼠标,就会弹出如图5所示的焊盘属性设置对话框。图5中的各个参数的具体含意如下:Hole Size用于设置焊盘的通孔孔径大小。Rotation用于设置焊盘的起始角度。Location X(Y)分别用于设置焊盘中心在印刷电路板上的X坐标和Y坐标。Size an
13、d Shape选项区域内有三个选择项,具体含义如下:Simple选中后使得焊盘在PCB板各层的X轴方向的大小、Y轴方向的大小和形状都是相同的。其中X轴方向的大小、Y轴方向的大小是通过文本框设置的,而形状是通过下拉列表框来选择的,在下拉框中一共有三种外形可供选择:Round(圆形)、Rectangle(矩形)和Octagonal(八角形)。Top-Middle-Bottom选中后可以分别在不同板层上设置焊盘的大小。Full Stack选中后X-Size、Y-Size文本框和Shape下拉框会隐藏,而 Edit Full Pad Layer Definition按钮会反色突出,点击这一个按钮就会形
14、象的看到各层焊盘的设置情况。,Properties选项区域内各个参数具体含义如下:Designator 用于设置焊盘的标号。每增加一个焊盘,焊盘的标号会自动增加。Layer用于设置焊盘所作板层。通常使用Multi-Layer多层,因为一般设计都是使用的是多层板。Net用于设置焊盘所在的网络,单击下拉按钮,将出现当前PCB板包含的所有的网络列表。No Net表示不在任何网络上。Electrical Type用于设置网络的电气特性。Testpoint用于设置焊盘的测试点。选中Top(Bottom)复选框后,系统将焊盘的顶层(底层)作为测试点。Plated用于设置焊盘的孔壁上是否要电镀。Locked
15、用于锁定当前焊盘。Paste Mask Expansion选项区域内有两个选择项,主要用来设置焊盘的阻焊膜的各项参数,其具体含义如下:Expansion value from rules 用于设置焊盘的阻焊膜扩展是否由设计规则决定。Specify expansion value这一选择项让设计人员在其右边的文本框中人为的设定焊盘的阻焊膜扩展。Solder Mask Expansion选项区域内各个参数主要用来设置焊盘的助焊膜的各项参数,其具体含义如下:Expansion value from rules 用于设置焊盘的助焊膜扩展是否由设计规则决定。Specify expansion value
16、这一选择项让设计人员在其右边的文本框中人为的设定焊盘的助焊膜扩展。Force complete tenting on top和Force complete tenting on bottom分别设置焊盘是否要在顶层和底层突出,以便于焊接。,4.放置导孔 印刷电路板设计过程中导孔的作用是连接不同网络层之间相同网络铜膜走线,从而形成完整的电气特性。导孔根据其贯穿板层的方式可以分为3种。具体是从顶层一直穿透底层的穿透式导孔、从顶层到内层的盲孔以及内层间的隐藏孔。点击放置工具栏中的放置导孔的图标或点击主菜单栏Place菜单中的Via命令就会进入放置导孔状态。随后的操作完全同焊盘的放置操作。而按Tab按
17、键后会弹出导孔的参数设置对话框,如图6所示。,图6 导孔属性设置对话框,图6中的各个参数的具体含意如下:Hole Size用于设置导孔的通孔孔径大小。Diameter用于设置导孔直径。Location X(Y)分别用于设置导孔中心在印刷电路板上的X坐标和Y坐标。Start Layer用于指定导孔的起始板层。End Layer用于指定导孔的终止板层。Net用于设置导孔所在的网络,单击下拉按钮,将出现当前PCB板包含的所有的网络列表。No Net表示不在任何网络上。Testpoint用于设置导孔的测试点。选中Top(Bottom)复选框后,系统将导孔的顶层(底层)作为测试点。Locked用于锁定当
18、前导孔。Solder Mask Expansion选项区域内各个参数主要用来设置导孔的助焊膜的各项参数,其具体含义如下:Expansion value from rules 用于设置导孔的助焊膜扩展是否由设计规则决定。Specify expansion value这一选择项让设计人员在其右边的文本框中人为的设定导孔的助焊膜扩展。Force complete tenting on top和Force complete tenting on bottom分别设置导孔是否要在顶层和底层突出,以便于焊接。注意:在布线的状态下通过数字键盘的*号键可以自动放置导孔来实现不同板层之间相同网络标号的走线的连接
19、。,5.放置说明字符串 说明字符串只要用来附加注释文字或说明性的英文标志。在印刷线路板上放置说明字符的方法和原理图设计中放置文字的方法完全一样,具体的操作请设计人员参考原理图设计中有关文字的放置方法,此处不再赘述。本节主要介绍说明字符如何进行属性的设置及其移动与旋转。点击放置工具栏中的放置说明字符串的图标或点击主菜单栏Place菜单中的String命令就会启动放置说明字符串的命令。进入说明字符串的放置状态后,鼠标的形状由空心箭头变成十字形式,在适当的位置点击鼠标就完成了说明字符串的放置。默认的说明字符串为String。关于说明字符串同样需要设置其属性,具体的操作方法是在放置前按Tab按键或双击
20、已经放置好的说明字符串,就会打开如图7所示的设置说明字符串属性的对话框。,图7 说明字符设置对话框,图7所示的字符串属性对话框中各个参数的含意如下:Height用来设置说明字符串文字的高度。Width用来设置说明字符串中字符线条的宽度。Rotation用来设置说明字符串旋转角度。Location X(Y)分别用于设置说明字符串在印刷电路板上的X坐标和Y坐标。Properties选项区域内各个参数的具体含义如下:Text用来设置说明字符串具体的显示字符。Layer用来设置说明字符串所在的板层。Fond用来设置说明字符串的文字字体。Locked用来设置是否锁定说明字符串的位置。Mirror用来设置
21、是否将文字水平翻转。在设计过程中,说明字符的搬移和旋转都是经常使用的操作,下面就介绍如何进行说明字符的搬移和旋转。此处介绍的方法适用于线路板上的文字,包括零件封装的名称、序号等。移动说明字符(文字)步骤是:首先在说明字符(文字)上点击鼠标,说明字符(文字)左下角出现一个小十字,右下角出现一个小圆圈。然后在说明字符(文字)的任何位置(除了小圆圈)点击一下鼠标,光标立刻会自动移到说明字符(文字)左下角孙十字上,同时光标变成十字状,此时说明字符(文字)就会跟着光标一起移动。然后将说明字符(文字)移到合适的位置,点击鼠标,定位说明字符(文字)的位置。旋转说明字符(文字)的操作基本和移动说明字符(文字)
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