EDA 第2章.docx
- 文档编号:27751860
- 上传时间:2023-07-04
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:944.09KB
EDA 第2章.docx
《EDA 第2章.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《EDA 第2章.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
EDA第2章
第二章应用Protel99SE设计电路板图
通过电路原理图的学习为电路板图的设计奠定了基础,电路板图(PrintedCircuitBoard,PCB)称为印制板图,用铜膜线实现了元件之间的电气连接,布线是PCB设计中的重要步骤,在PCB设计完成后,用户只需将元件焊接到相应的位置即可完成电子产品时生产。
2.1概述
1.电路板图设计的主要方法
Protel99SE进行电路板图的设计主要有自动布线与人工布线两种方法。
2.电路板图设计的几个名词
(1)印刷电路板的结构
单面板是放置元件、布线等工作都在一个面上完成的电路板。
放置元件和布线的一面是敷铜面,另一面是没有敷铜的。
单面板的优点是成本低,但它只适用于比较简单的电路设计。
双面板是电路板的两面都可以放置元件和布线的电路板,顶面和底面之间的电气连接通过过孔来完成。
由于两面都可以布线,双面板适合设计比较复杂的电路时使用,是目前应用最广泛的电路板结构。
多面板是不但在电路板的顶面和底面可以布线,在顶面和底面之间还可以设置多个可以布线的中间工作层面的电路板,使用多面板可以实现更加复杂的电路设计。
(2)元件封装
元件的封装形式有两大类,过孔封装在焊接时应该将元件引脚插入焊点导通孔后再焊锡,表面封装的元件封装的焊点只限于表面板层。
(3)铜膜导线
铜膜导线是印刷电路板最重要的部分,电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。
(4)焊点和过孔
焊点作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚,过孔的作用是连接不同板层间的导线。
(5)安全间距
为了避免导线、过孔、焊点和元件之间相互干扰,必须在它们之间留出必要的间距,
称为安全间距,安全间距的设置在自动布线时是一个重要的工作环节。
2.2知识基础
2.2.1进入Protel99SE电路板设计环境
在设计数据库中启动File|New命令,在如图2.1所示的对话框中双击PCBDocument图标,建立一个如图2.2所示的PCB文档。
图2.1新建电路板图对话框
图2.2 印制电路板编辑窗口
1.主工具栏
如图2.3所示,在此介绍与原理图中不同的工具按钮。
图2.3 PCB图主工具栏
用于将PCB图以三维立体图方式呈现出来,
元件封装库管理,
用于浏览封装库,
用于设置捕捉栅格。
2.工具栏
系统提供放置工具栏等工具,各项功能如图2.4所示。
图2.4 放置工具栏
2.2.2电路板设计管理器
电路板设计管理器包含文档管理器和电路板浏览器。
1.文档管理器
文档管理器与电路原理图的文档管理器功能一致,请参阅前面的内容。
2.电路板浏览器
如图2.5所示,Browse栏内包括Nets、components、Library、NetClasses、ComponentClasses、Violations和Ruls选项。
图2.5 电路板浏览器
(1)Nets(网络管理)
Edit按钮编辑网络名称和颜色等,Zoom按钮确定网络显示的比例,Select按钮将网络反相显示。
Nodes区域用于选择该网络上的焊盘,各选项功能是对焊盘进行属性编辑。
如图2.6(a)所示,管理器下部的导航框内显示选择的网络和焊盘在电路板图上的位置,Mangnifier按钮在导航框内移动时用于放大被选网络和焊盘周围的情况,在电路板编辑窗口移动时可以移动整个电路板图,Configure按钮用于设置放大比例,CurrentLayer区域用于显示和更换当前的电路板层面。
(2)Components(元件管理)
如图2.6(b)所示,各个功能按钮的功能与网络管理类似,分别用于选择元件、编辑元件封装、设置放大比例和元件反相显示。
(3)Libraries(元件封装库管理)
如图2.6(c)所示,Browse按钮用于选择已加入管理器的元件封装,Add/Remove按钮用于向管理器中添加或移去元件封装库,Edit按钮用于进入元件封装编辑器编辑元件的封装图形,Place按钮用于将选择的元件封装放置到电路板图中,其余与前面类似。
(a)(b)(c)
图2.6 电路板管理器窗口
(4)NetClasses(网络分类管理)和ComponentsClasses(元件分类管理)
网络分类管理与元件分类管理基本上与网络管理功能相似。
(5)Violation (错误检查管理)
功能是按规则检查连线中的错误。
(6)Rule规则符合查询管理)
查询符合某种设计规则的网络、过孔、焊盘和线径等各种图形。
2.2.3 电路板设计环境设置
在绘制电路板图之前,需要进行工作环境参数的设置,初学者可以直接使用系统默认的环境参数,进一步设置可以选择Design|Options板层设置命令和Tools|Preference系统环境设置命令完成,命令操作请参阅有关资料。
2.3 电路板设计步骤
现以自动布线方法为例介绍建立电路板图的步骤,如图2.7所示。
图2.7建立电路板图的步骤
2.3.1规划电路板
在系统默认状态下,Protel99SE直接将电路板定义为双面板,设计者需要将板层切换到KeepOutLayer,使用画线工具定义出电路板的边界,完成电路板大小的放置后进行后续操作。
如果设计者需要将电路板定义为单面板,应该选择Design|LayerStackManager命令后,单击右下角Menu按钮,在ExampleLayerStack子菜单中选择SingleLayer即可。
2.3.2网络表的调入与编辑
网络表文件包括原理图中所有元件和封装形式,加载网络表的具体操作如下。
1.
选择Design|Netlist命令,出现如图2.8所示的对话框。
图2.8 加载网络表对话框
通过Browse按钮选择网络表文件,系统加载指定的网络表并生成相应的网络宏,正确的网络宏如图2.9所示。
图2.9 加载网络表后的对话框
2.若网络宏加载出现错误时需要进行编辑修改,常见的错误和警告如下。
(1)“Error:
FootprintxxxnotfoundinLibrary”:
封装xxx没有找到,单击Cancel按钮回到电路原理图中重新指定元件封装形式。
(2)“Warning:
Alternativefootprintxxx”:
封装xxx管脚悬空,如果电路原理图没用到该管脚,可忽略该警告进行下一步操作,否则应在电路原理图中检查、修改该管脚上的连线,重新生成网络表,并进行加载网络表的操作。
(3)“Error:
Componentnotfound”:
没有发现元件封装,需要修改原理图,重新生成网络表,并进行加载网络表的操作。
当加载网络表没有出现错误信息,单击Execute按钮后系统将网络表列出的所有元件
放置到布局范围中,如图2.10所示。
图2.10加载元件
2.3.3设计规则
设计规则是电路板图设计的基本规则,在加载网络表后,通常进行设计规则设置。
选择命令Design|Rule命令后出现如图2.11所示对话框。
图2.11 设计规则设置
规则包括Routing、Manufacturing、HighSpeed、Placement、SignalIntegrity和Other六个标签页面,每一设计规则中都有其适用范围,使用者可根据设计时的实际情况选择。
现以Routling(走线规则)标签页面为例介绍设置过程,其余标签页面请参阅有关资料。
Routling标签页面功能主要是设置走线规则。
1.安全间距
安全间距是Track、Via和Pad本身之间或两两之间的最小间距,其中:
Scope1和Scope2:
规则适用范围,黙认范围为Board。
Connectivity:
连接属性,黙认为DifferentNetOnly。
Gap:
安全间距,黙认为20mil。
.
Delete:
删除所选规则。
Add:
新增规则
Properties:
编辑规则属性。
选择Add或Properties按钮将出现如图2.12所示对话框,按照提示的内容可进行属性编辑。
图2.12 设置元件安全间距
2.设置走线转角方式
双击RuleClass的RuotingCorners选项后出现如图2.13所示转角规则设置对话框,按照提示的内容进行规则设置。
图2.13 设置转角规则
3.设置走线层次和走线方向。
如图2.14所示,按照对话框提示的内容进行走线层次和走线方向的设置。
图2.14 设置走线层次和走线方向
2.3.4元件布局
在完成网络表调入和设计规则设置后,进行元件布局操作,操作如下。
1.选择Tool|AutoPlacement|SetShoveDepth设置拉开元件的次数,一般选择5次即可。
2.选择Tool|AutoPlacement|Shove用于使重叠或距离很近元件之间拉开距离,如图2.15
所示。
图2.15 拉开元件距离
3.在电路板图的尺寸范围内布置元件位置,最后确定的位置就是电路板上元件的焊接位
置,如图2.16所示。
图2.16 布置元件位置
2.3.5自动布线与清除布线
1.自动布线设置
元件布局完成后,执行AutoRoute|All命令出现如图2.17所示自动布线设置对话框,各项参数含义如下。
图2.17 自动布线设置
RouterPasses区域
Memory:
适用于存储器类元器件的布线。
FanOutUsedSMDPins:
适用于SMD焊盘类的布线。
Pattern:
布线模式。
ShapeRouter-PushAndShove:
推挤式布线。
ShapeRouter-RipUp:
拆线式布线。
ManufacturingPasses区域
CleanDuringRouting:
在布线期间清除过孔。
CleanAfterRouting:
在布线完毕后清除过孔。
EvenlySpaceTracks:
在焊盘之间均匀布线。
AddTestpoints:
在网络上增加测试点。
2.自动布线
在AutorouterSetup对话框中,单击左下角RouteAll按钮,对整个电路板进行自动布线。
3.清除布线
当设计者对自动布线结果不满意时,可选择Tools|Un-Route命令进行清除布线的操作,该项操作是自动布线的逆操作。
2.4人工设计电路板
除了利用自动布线方式设计电路板以外,还可人工设计电路板,主要内容如下。
2.4.1规划电路板
参阅前面有关内容。
2.4.2放置设计对象
1.放置元件封装
选择放置工具栏图标或执行Place|Component命令或设计管理器中元件封装管理功能进行元件封装放置操作并可以进行属性设置。
2.铜膜导线
选择Place|InteractiveRouting命令进行手工放置铜膜导线操作,选定位置单击鼠标放
置导线的起点,移动光标将拖出导线,在导线终点处单击鼠标左键即可放置一段导线。
在布线时按Shift+空格键可以循环改变走线模式,在布线时使用小键盘“+”和“-”更
换板层,同时系统自动增加过孔。
铜膜导线放置后可以进行属性设置。
3.尺寸标注
选择放置工具栏中图标或执行Place|Dimension命令,进行尺寸标注操作并可以进行属性设置,如图2.18所示。
尺寸标注不具备电气特性,主要是为制板方便标出的尺寸大小,放置尺寸时两点间距由程序自动计算。
图2.18 放置的尺寸标注
4.焊盘
选择放置工具栏图标,鼠标变为十字型并“粘连”一个焊盘,单击鼠标左键放置焊盘后进行属性设置,如图2.19所示。
电路板文件中常见焊盘形态如图2.20所示。
方形圆形 八角形 椭圆表
图2.20 不同形态的焊盘
5.过孔
选择放置工具栏图标,鼠标变为十字型并“粘连”一个过孔,单击鼠标左键放置过孔后
进行属性设置,常见过孔类型有过孔、盲孔和埋孔。
6.字符串
选择放置工具栏中图标或执行Place|String命令,进行放置字符串的操作并可以进行属性设置,如图2.21所示字符串为某一电路的文字说明。
图2.21 放置的字符串
7.坐标位置
选择放置工具栏中图标,进行坐标操作并可以进行属性设置,如图2.22所示。
图2.22 放置的坐标
8.多边形金属填充
选择放置工具栏中图标,进行多边形金属填充操作并可以进行属性设置,如图2.23所
示。
图2.23多边形操作属性
2.5元件封装图的设计与修改
与电路原理图的操作类似,使用者在电路板图的设计中可以根据需要自行设计元件的封装。
2.5.1手工建立元件
选择File|New命令,在弹出的NewDocument对话框中选择PCBLibraryDocument文档进入元件库编辑器,如图2.24所示。
图2.24 元件封装编辑窗口
1.放置焊盘
选择Place|Pad命令,在放置了一个焊盘之后,根据元件引脚间的实际间距,可继续
放置其它焊盘。
一般的起始位置的焊盘要设置成方形,双击焊盘可设置焊盘属性,如图2.25所示。
图2.25 焊盘属性编辑
2.画元件轮廓
选择Place|Track命令画好矩形框,选择Place|Arc命令画圆弧,然后单击Rename按
钮,为元件重新命名并保存,如图2.26所示。
图2.26元件封装示例
2.5.2利用元件向导生成元件
1.进入元件库编辑器后,选择Tools|NewComponent命令,系统弹出Component
Wizard(元件生成向导)对话框,如图2.27所示。
图2.27元件生成向导对话框
2.选择元件的不同封装类型,这里选择电容封装,如图2.28所示。
图2.28选择元件类型
3.确定焊盘类型,这里选择过孔类型,如图2.29所示。
图2.29选择焊盘类型
4.焊盘尺寸选择,如图2.30所示。
图2.30选择焊盘尺寸
5.焊盘间距选择对话框,也可以直接修改间距,如图2.31所示。
图2.31选择焊盘间距
6.元件外部特性设置,如图2.32所示。
图2.32外部特性设置
7.设置焊盘与走线间的间距和线宽,如图2.33所示。
图2.33焊盘与走线间距设置
8.元件命名对话框,如图2.34所示。
图2.34元件命名
9.封装完成,如图2.35所示。
图2.35封装完成
2.5.3元件封装的修改
对于存在的元件封装可对其进修改,操作方法是打开元件封装,在元件封装编辑器中进行修改后保存。
2.5.4创建PCB封装库
一个电路板图的设计完成后,选择Design|MakeLibrary命令可以将该电路板图中所有元件封装收集起来,制作一个元件库,便于在后续电路板图的设计中使用。
下面以波形发生电路PCB板为例,讲述创建PCB封装库的一般步骤。
1.打开PCB板文件,选择Design|MakeLibraries命令创建PCB板封装库文件11.lib,
如图2.36所示。
图2.36打开PCB板文件
2.进入PCB板文件编辑环境,将11.lib文件添加PCB电路编辑管理器中,在后续PCB
板文件编辑中即可正常使用11.lib封装库文件。
2.6电路板后图处理
电路板设计完成后可以输出各种报表文件,这些文件通常称为CAM(ComputerAidManufacture)文件,包括电路板元件表(BOM)、电气规则检查表(DRC)、光绘文件(Gerber)、钻孔文件(NCDrill)、插置文件(PickPlace)和测试点(TestPoint)文件。
电路板元件表用于统计材料成本,电气规则检查表用于检查电路板违反设计规则的情况,而光绘文件、钻孔文件、插置文件和测试点文件用于电路板的生产。
在输出电路板图前需要进行必要的设置,选择File|Printer|Preview命令后系统将自动
生成PreviewLCDController.PPC文件,选择File|SetupPrinter命令进行打印机设置后执行打印操作。
2.7电路板设计的一般原则
2.7.1电路板的元件布局原则
虽然Protel99SE软件提供了自动布局功能,但为了达到理想的布局效果,通常需要进行手工布局,在手工布局时应注意以下因素。
1.按照电路功能模块布局。
2.所有元件布到离边缘3mm以内。
3.按照从系统要求特定位置的元件布局开始,然后进行大元件和特殊元件布局,最后完
成小元件的布局。
4.特殊元件应做专门布局。
在布局过程中还应注意高频元件之间连线尽可能短,易受干扰元件不能距离太近,输入输出元件间距应尽可能大,有高电位差的元件要加大连线距离,重量大的元件应有支架固定,发热大的元件应加装散热片和预留各种安装孔位置等等因素。
2.7.2电路板的元件布线原则
电路板布线按如下原则进行。
1.布线长度尽可能短,且在转弯处以圆角或斜角为宜。
2.布线宽度以满足电气性能要求和便于生产为准,一般不得小于0.2mm,电源和地线选用应该大于1mm。
3.布线间距在满足电气安全下尽可能大。
4.公共地线尽可能位于电路板边缘,在电路板上时应多保留铜箔做地线,且地线以环路或网格状为好。
本章小结
电路板图的设计一般经过绘制电路原理图、生成网络表、规划电路板、自动布局、自动布线、手工调整等过程。
在装载网络表文件时,原理图、网络表和电路板图的元件之间必须一致,只有正确的匹配才能完成电路板图的后续操作。
在掌握电路板图的设计流程和基本知识后,手工设计电路板图使电路板图的设计更加实用和灵活。
Protel99SE提供的元件封装并不全面,特别是许多新元件的不断出现,需要使用者掌握元件封装设计的知识。
电路板图的设计结束后输出各种报表文件,制版商根据这些文件最终完成电路板的制作。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- EDA 第2章