利用Protel99SE设计PCB基础教程 - 图文

【课题】印制电路板图的设计环境及设置 【教学目的要求】熟悉并掌握印制电路板的设计环境及设置 【教学重点难点】印制电路板；电路板工作层面 【教学内容】 [引入]本次课开始，我们开始学习Protel 99 se的另外一个重要功能—--设计印制电路板图。这是电子电气电路设计人员使用Protel 99 se的主要目的。 一、Protel 99 SE印制电路板概述 印制电路板（PCB，Printed Circuit Board），是电子产品中最重要的部件之一。电路原理图完成以后，还必须再根据原理图设计出对应的印制电路板图，最后才能由制板厂家根据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板产品。 (1)印制电路板的制作材料与结构 印制电路板的结构是在绝缘板上覆盖着相当于电路连线的铜膜。通常绝缘 材料的基板采用酚醛纸基板、环氧树脂板或玻璃布板。发展的趋势是板子的厚度越来越薄，韧性越来越强，层数越来越多。 (2)有关电路板的几个基本概念 1. 层：这是印制板材料本身实实在在的铜箔层。 2. 铜膜导线：导线。是敷铜经腐蚀后形成的，用于连接各个焊盘。印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。 飞线：预拉线。它是在引入网络表后生成的，而它所连接的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。它并不具备实质性的电气连接关系。在手工布线时它可起引导作用，从而方便手工布线。 3. 焊盘：放置、连接导线和元件引脚。 过孔：连接不同板层间的导线，实现板层的电气连接。分为穿透式过孔，半盲孔，盲孔三种。 4. 助焊膜：涂于焊盘上提高焊接性能的一层膜，也就是在印制板上比焊盘略大的浅色圆。 阻焊膜：为了使制成的印制电路板适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。 5.长度单位及换算：100mil=2.54mm(其中1000mil=1Inches) 6. 安全间距：是走线、焊盘、过孔等部件之间的最小间距 二、PCB文件管理 通过前面的学习，我们知道Protel 99 SE是用一个专题数据库来管理各种设计文件的，PCB文件同样也采用这种由专题数据库来管理文件的方式。因此，PCB文件管理的各项操作都是在专题数据库中进行的，这样就要求在进行PCB文件管理之前，首先要建立或打开一个专题数据库，然后再在专题数据库中进行PCB的文件管理。 1、 新建PCB文件 2、 保存PBC文件 3、 打开已有PCB文件 4、 关闭PCB文件 三、装载元件库 (一)元件封装 元件封装就是原理图中元件的Footprint。它是指实际元件焊接到电路板时，所指示的外观和焊盘位置。不同的元件可以共用同一种元件封装。同一种元件也可以有不同的封装形式。在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称，还要知道其封装形式。元件封装可以在设计电路原理图时指定，也可在引进网络表时指定。 元件封装的主要参数是形状尺寸，因为只有尺寸正确的元件才能安装并焊接在电路板上。原理图中的元件注重于元件的引脚，引脚号码是重要的电气对象，引脚之间的连接不能有任何错误。而PCB图不仅注重元件引脚之间的连接，更注重元件的外形尺寸，要将引脚与引脚之间的导线连接转换成焊盘与焊盘之间的铜膜线连接。 1. 元件封装的分类 针脚式元件封装 表面黏着式(SMD)元件封装 一般元件的封装图包括元件图形、焊盘和元件属性三部分。 元件图形不具备电气性质，由丝网漏印的方法印到电路板的元件层上。 焊盘就是元件的引脚。焊盘上的号码就是元件管脚的号码。原理图元件的引脚号码必须与封装图中的焊盘号码一致。焊盘的号码、尺寸、位置十分重要，如果错了，PCB板就不能用了。 元件属性用于设置元件的位置、层次、序号(designator)和注释(comment)等项目的内容。 2. 元件封装的编号 元件封装图的名称是它在封装库中的名称，Protel有三个封装库。它们是连接器库(connector), 一般封装库(Generic Foot Prints)和IPC封装库。 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”。可根据元件封装编号来判别元件封装的规格。 部分元件的封装说明：(单位为英寸) 封装类型 封装名称 说 明 电阻类无源元件 ~ 数字表示焊盘间距 无极性电容元件 ~ 数字表示焊盘间距 有极性电容 .4~ 斜杠前的数字表示焊盘间距，斜杠后的数字表示电容外直径 二极管 、 数字表示焊盘间距 石英晶体 XTAL1 晶体管 TO-xxx 其中xxx为数字，表示不同的晶体管封装 可变电阻 VR1~VR5 双列直插 DIP-xx 其中xxx表示引脚数 单列直插 SIPx 其中x表示引脚数 牛角连接器 IDCxx 其中xx表示管脚数 (二)加载元件库 方法类似于原理图元件库的加载 四、设置电路板工作层面 印制电路板是由一系列层状结构构成的。不同的电路板具有不同的工作层面。一般的电路板有单面板、双面板和多层板三种。单面板并不意味着电路板只有一个工作层面，同样双面板也并不是说电路板只有两个工作层面。 (一)设置电路板工作层面 1．信号层（Signal layers） 2．内部电源/接地层（Internal planes） 3．机械层（Mechanical layers） 4．阻焊层（Solder masks） 5．锡膏防护层（Paste masks） 6．丝印层（Silkscreen） 7．钻孔层（Drill） 8．禁止布线层（Keepout） 9．多层（Multi layer） 10．DRC错误层（DRC Errors） 11．连接层（Connections） 单层板：包括焊接面和元件面的丝网层。特点是价格便宜，但布线困难，经常需要跳线连接不能布通的铜膜线。 双层板：包括元件面、焊接面和元件面的丝网层。特点是价格适中，布线容易，是常用的一种板型。 四层板：在双层板的基础上增加电源层和地线层。特点是电源和地线各用一个层面连通，而不用铜膜线。目前该技术已经成熟。 六层板：在四层板的基础上增加两个信号层面。由于制作复杂，造价高，一般只用在高级设备中。 PROTEL99se 具有32个信号布线层，16个电源地线层和多个非布线层，可以满足一般需要。一般电路板的元件面称为顶层(top)，焊接面称为底层(bottom),中间的信号布线层称为中间层(mid) (二) 设置工作层面 在一块电路板上真正存在的工作层并没有那么多，一些工作层在物理意义上是相互重叠的，而有些则是为了方便电路板的设计和制造而设置的。在设计的过程中往往只要析开需要的工作层面，而将其它的都关闭。 下图为工作层面设置对话框： 1. 设置信号层和内部电源/接地层 2. 设置Mechanical layers 五、 规划电路板 在创建好PCB文件并启动PCB编辑器后，设计人员首先要对电路板进行规划。 所谓规划电路板，就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。 工作层面设置标签 一般情况下,我们在禁止布线层确定电路板的尺寸和需要打孔的位置。 下图为一个绘制完成的PCB图.请注意各组件的颜色与形状. 【上机实训】（因时间原因，本次实训与下次课实训合并一起做。） 一、 实训目的：熟悉印制电路板的设计环境及设置 二、 实训内容： 1、 在E盘个人文件夹下新建一个数据库，名称为 2、 在数据库中新建PCB文件，文件名为,保存该文件后关闭。 3、 打开第二步新建的PCB文件执行以下操作； 4、 装载元件库：装载连接器库(connector), 一般封装库(Generic Foot Prints)和IPC封装库。 5、 设置电路板工作层面：设置一个四层板的层面。设置板层显示及颜色(使用tools/preferences菜单)；将丝印层设置为绿色显示,顶层为大红色,底层为蓝色,禁止布线层为紫色. 6、 工作环境设置：(使用design/options菜单) 将划线工具栏放置在屏幕右侧.可视大网络为1000MIL,可视小网格为100MIL,捕捉网格为20MIL,电气网络为8MIL 7、 规划电路板：确定电气边界。 规划一个宽8厘米,长10厘米的印制板的边界,并设计4个定位孔的位置,定位孔的直径为5毫米. 【课题】印制电路板设计流程 【教学目的要求】掌握PCB印制电路板的设计流程及元件封装的放置方法 【教学重点难点】印制电路板设计流程；元件封装的放置 【授课时数】2学时 【教学方法】理论讲述及多媒体演示60分钟，学生操作30分钟 【学生作业】 【教学内容】 【课前】作业讲评及前期上机情况综合点评 【新课】 一、印制电路板设计流程 设计印制电路板可以按照如下的七个步骤完成原理图的设计工作。 1、绘制电路原理图：利用SCH 99绘制电路原理图生成网络表。 当所设计的电路图非常简单时，可以不必进行原理图的绘制和网络表的绘制电路原理图 生成，而直接进行PCB的设计，即有时可跳过这一步。 2、规划电路板：在绘制印制电路板之前，用户还要对电路板有一规划电路板 个初步的规划，比如电路板采用多大的物理尺寸、采用几层电路板（单面板、双面板还是多层）、各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，它是确定电路板设计的框架。 设置参数 3、设置参数：设置参数主要是指设置元件的布置参数、层数参数、布线参数等。有些参数用其默认值即可。 4. 装入网络表及元件封装 ：该步是将已生成的网络表装入，此时装入网络表及 元件封装 元件的封装会自动放置在印制电路板图的电气边界之外，但这些元件封装是叠放在一起没有布局的。 若没有生成网络表，则可以用手工的方法放置元件。 元件的布局 5、元件的布局 ：可以利用自动布局和手工布局两种方式，将元件封装放置在电路板边框内的适当位置。 适当位置包含两个意思：一是元件所放置的位置能使整个电路板看布线 上去整齐美观，二是元件所放置的位置有利于布线。 6. 布线：完成元件之间的电路连接. 有两种方式：自动布线和手工布线。若在PCB设计系统中装入了网文件保存及输出 络表，则在该步中就可以采用自动布线方式。 7、文件保存及输出：保存PCB图，然后根据需要利用各种图形输出设备，如打印机、绘图仪等输出电路板的布线图。 二、元件封装的放置 （一）放置元件封装 当我们载入网络表时，元件就跟着进入工作区，这是最简单的选用元件的方法。根据不同的场合的需求，可能要增减元件，甚至不通过网络表直接选用元件。选用元件的方法很多，在不同场合，不同需求下，可以用不同的方法选用元件。 1． 装载与卸载元件库 装载元件库与卸载元件库是设计管理器的一个功能。在使用元件之前，一定要确定其所属的元件库已被装入，否则无法取得该元件 在Protel 99 SE里，元件库并不是以单独的元件库文件形式出现的，而是包含在某个数据库文件中，在一个数据库文件里，可能只有一个元件库，也可能有很多个元件库。所以，很难直接从数据库的文件名称上判断哪个数据库文件中有元件库。 2. 由设计管理器选用元件 3. 浏览元件 4. 直接选用元件 （二）元件的选取与取消选取 1. 选取：执行“edit/select”菜单命令下的相应命令 选 取 方 式 功 能 说 明 Inside Area 选取指定区域内的所有图件 Outside Area 选取指定区域外的所有图件 All 选取所有图件 Net 选取指定的网络 Connected Copper 选取信号层上的指定网络 Physical Connection 选取指定的物理连接 All on Layer 选取当前工作层面上所有图件 Free Objects 选取除了元件以外的所有图件 All Locked 选取所有处于锁定状态的图件 Off Grid Pads 选取所有不在格点上的焊盘 Hole Size 选取指定孔径的焊盘或过孔 Toggle Selection 逐次选取图件 2、 选取向导 3、 取消选取 （三）元件属性的编辑 1. 单个元件属性编辑 2.多个元件属性的整体编辑 【上机实训】 三、 实训目的：学会放置PCB元件，掌握元件属性的修改，了解查找PCB元件的方法 四、 实训内容：在数据库中新建一个PCB文件，并放置如下元件： 管脚间距为5毫米的电阻； 管脚间距为5毫米，外径为1厘米的电解电容； 二极管，焊盘间距为7。5毫米。 三端稳压源。 变压器。 三极管。 无极性电容。 【操作提醒】 【实训综述】 【课题】PCB绘图工具的使用 【教学目的要求】掌握PCB绘图工具的使用 【教学重点难点】绘图工具的使用 【授课时数】2学时 【教学方法】理论讲述及操作演示45分钟，技能训练45分钟 【教学内容】 复习:PCB环境设置及图纸尺寸设置 下面将介绍PCB图设计中放置工具栏中各按钮的功能 1 、绘制导线 操作演示:放置导线并修改线宽,注意在导线的每个转折点处单击确认。 2、放置焊盘及其属性编辑 操作演示： (1)放置一个焊盘,修改焊盘属性为内径32,外径80,焊盘形状为方形 (2)放置一个焊盘,修改焊盘属性为内径28,外径X轴50,Y轴70,焊盘形状为圆形