第7章 印制电路板设计

,7.1 PCB,设计基础,7.2 PCB,的环境,7.3,规划电路板,7.4,导入网络表和元件,7.5,元件布局,7.6,元件的自动布线与手工调整,7.7,报表输出,7.8,创建元件封装,7.9 PCB,双层板制作实例,第,7,章 印制电路板设计,印制电路板（,PCB,，,Printed Circuit Board,）,电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，原理图绘制只是从原理上给出了电气连接关系，是进行印制电路板设计的基础，而电子产品的设计是通过印制电路板来实现的，因此印制电路板的设计是电子,CAD,设计的最终环节。,7.1 PCB,设计基础,7.1.1 PCB,设计步骤,图,7-1 PCB,设计流步骤,7.1.2 PCB,的基本概念,图,7-2,成品印制电路板,1,印制电路板结构,单层板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单层板只能在敷铜的一面放置元件和布线，适用于简单的电路板。,双层板 包括顶层,(Top Layer),和底层,(Bottom Layer),两层，两面敷铜，中间为绝缘层。双面板两面都可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，但设计工作不比单面板困难，因此被广泛采用，是现在最常用的一种印制电路板。,多层板 包含了多个工作层面。它是在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。其缺点是制作成本很高。如图,7-3,是四层板结构。,图,7-3,电路板的结构,1,印制电路板结构,2,印制电路板工作层的类型,图,7-4,工作层面种类,2,印制电路板工作层的类型,（,1,）,Signal Layers,信号层主要用于放置元件和导线的。,Protel 99 SE,最多能提供,32,个信号层，包括,TopLayer,（顶层）、,BottomLayer,（底层）和,30,个（,MidLayer,）中间层。信号层为正性，即放置在这些层上的导线或其它对象代表了电路上的敷铜区,（,2,）,Internal plane layers,内部电源,/,接地层主要用于放置电源线和地线。,Protel 99 SE,提供了,16,个内部电源,/,接地层，这些层面是负性的，即放置在这些层面上的导线和其它对象代表了电路板上的未敷铜区。内部电源,/,接地层通常是一块完整的铜箔，单独设置内部电源,/,接地层可最大限度地减少电源与地之间的连线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。由于系统默认的是双层板，所以该区域下无设置项。,2,印制电路板工作层的类型,（,3,）,Mechanical,机械层主要用于定义整个,PCB,板的外观，即整个,PCB,板的外形结构。如电路板的标注尺寸、机械尺寸、定位孔及装配说明等。,（,4,）,Solder mask layers,阻焊层有两个，一个是,Top Solder mask,（顶层阻焊层），一个是,Bottom Solder,（底层阻焊层），它们的作用是设计过程中自动与焊盘匹配，在非焊盘处涂上绝缘漆以防止焊接。,2,印制电路板工作层的类型,（,5,）,Paste mask layers,助焊层又叫防锡膏层，它也有两个，一个是,TopPasteMask,（顶层助焊层），一个是,BottomPasteMask,（底层助焊层）。它与阻焊层是互补的，这一层一般镀金或镀锡的，用来帮助焊接。,（,6,）,Keepoutlayer,禁止布线层定义在布电气特性的铜一侧的边界。也就是说先定义了禁止布线层后，在以后的布过程中，所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界,2,印制电路板工作层的类型,（,7,）,Silkscreen layers,丝印层主要用于放置元件的轮廓、标称参数、编号及其它文本信息。丝印层也有两层，分别是,TopOverlay,（顶层丝印层）和,BottomOverlay,（底层丝印层）。,（,8,）,Multiplayer,多层指,PCB,板的所有信号层，如焊盘和过孔图件就具有多层属性。,（,9,）,Drilldrawing,钻孔层主要是为电路板厂商提供钻孔信息的。,2,印制电路板工作层的类型,当建立一个,PCB,文件后，在,PCB,编辑区窗口的下方将显示各种工作层面，如图,7-5,所示。,图,7-5 PCB,工作区的板层标签,2,印制电路板工作层的类型,3,印制电路板的基本元素,（,1,）铜膜导线,铜膜导线简称导线，是用于连接各个焊盘点的导线，印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来进行的。如图,7-6,所示是,PCB,顶层的铜膜导线。,铜膜导线,图,7-6,铜膜导线,焊盘,3,印制电路板的基本元素,（,2,）,Pad (,焊盘）,焊盘是,PCB,设计中最常接触也是最重要的概念，焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和引脚。焊盘的形状有圆形、方形、八角形等，如图,7-7,所示。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。,Protel,在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，但有时这还不够用，需要自己编辑。,3,印制电路板的基本元素,图,7-7,焊盘的形状,3,印制电路板的基本元素,（,3,）,Via (,过孔）,过孔是为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交警队汇处钻上一个公共孔，这就是过孔，过孔没有编号，但有网络名称，如图,7-8,所示。过孔的作用是连接不同板层间的导线。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。,3,印制电路板的基本元素,图,7-8,过孔的形状,3,印制电路板的基本元素,（,4,）飞线,飞线是用来表示电路板上元件连接关系的线。它只表示焊盘间有电气连接关系，并不是真正意义上的铜膜导线，如图,7-9,（,a,）所示。飞线导入网络表后自动产生的，对于引导手工布线非常有用，一旦布成真正的铜膜导线，则飞线自动消失。当使两个焊盘属于同一个网络，则在两焊盘间自动产生飞线,如图,7-9,（,b,）所示。,3,印制电路板的基本元素,（,a,） （,b,）,图,7-9,飞线的产生,3,印制电路板的基本元素,（,5,）元件封装,元件封装实质上是确定元件在电路板上的空间位置，即实际元件的外形尺寸、管脚排列、管脚间距等参数要严格与印制板上保持一致。不同元件可能有相同的封装，相同元件可能有不同的封装，所以在设计印制电路时，不仅要知道元件的名称、型号，还要知道元件的封装。如图,7-10,、,7-11,所示常用元件的封装。,3,印制电路板的基本元素,图,7-10,电阻的电气符号与其不同封装,3,印制电路板的基本元素,图,7-11,电解电容、二极管、三极管及双列直插集成块的封装,3,印制电路板的基本元素,（,6,）英制与公制的转换,Protel 99 SE,的,PCB,编辑器支持英制（,mil,）与公制（,mm,）两种长度单位。它们的换算关系是：,1mil=0.0254mm,或,1mm=40mil,（其中,1000mils=1Inches,),3,印制电路板的基本元素,7.2 PCB,的环境,7.2.1,启动,PCB,（,1,）在,D,盘根目录,Protel,文件夹下，新建一个设计数据库，,如图,7-12,所示。,图,7-12,新建设计数据库文件,（,2,）单击浏览器中的文件夹,打开设计文件夹，如图,7-13,所示。,图标。,图,7-13,设计文件夹窗口,7.2.1,启动,PCB,（,3,）执行,【File,文件,】【New,新建文件,】,命令，弹出如图,7-14,所示的文件编辑器选择对话框。,图,7-14 PCB,编辑器选择对话框,7.2.1,启动,PCB,（,4,）双击对话框中的,“,PCB Document,”,图标或单击选中该图标再单击,【OK】,按钮，系统将创建一个默认名为,“,PCB1.PCB,”,的印制电路板文件,.,（,5,）在管理浏览器中单击,“,PCB1.PCB,”,文件图标或在,“,Document,”,文件夹窗口中双击该文件图标，即打开如图,7-16,所示的,PCB,编辑器。,7.2.1,启动,PCB,图,7-16 PCB,编辑器,7.2.1,启动,PCB,7.2.2,菜单栏、工具栏和状态栏,图,7-17 PCB,编辑器的菜单栏,图,7-18,放置工具栏,7.2.3,设置环境参数,在进行,PCB,设计之前进行环境参数设置是非常重要的，环境参数设置主要包括特殊功能、显示功能、工作层面颜色、图形显示,/,隐藏模式、默认参数、信号完整性分析共六项。,执行,【Tools,工具,】【preference,优选项,】,命令，系统将弹出如图,7-21,所示的,Preference,对话框。对话框中有六个选项卡，它包含了,PCB,编辑环境的各种参数。现对其中常用的几项进行介绍。,图,7-21 Preference,对话框,1,Options,选项卡,1,Options,选项卡,（,1,）,Editing Options,（编辑选项）,Onling DRC,：在线设计规则检查。选中此项表示启用在线设计规则检查功能。,Snap To Center,：此项表示当光标选中的是元件封装，光标自动移到元件封装的参考点处，若选中的是字符串，光标自动移到字符串的左下角处。系统默认选择此项。,Extend Selection,：此项表示对图中对象进行连续选取时，若想取消选取时，连同前次选取一起取消，不选择此项表示仅取消当前的选取操作。系统默认选择此项。,Remove Duplicate,：此项表示系统自动删除重复的图件。系统默认选择此项。,Confirm Global Edit,：此项表示在进行元件属性编辑时，对具有相同属性的元件进行整体编辑。,Protect Locked Object,：此项表示保护锁定的对象。如果选择此项，在,PCB,编辑器中的任何操作对锁定的对象不起作用。,（,1,）,Editing Options,（编辑选项）,Onling DRC,：在线设计规则检查。选中此项表示启用在线设计规则检查功能。,Snap To Center,：此项表示当光标选中的是元件封装，光标自动移到元件封装的参考点处，若选中的是字符串，光标自动移到字符串的左下角处。系统默认选择此项。,Extend Selection,：此项表示对图中对象进行连续选取时，若想取消选取时，连同前次选取一起取消，不选择此项表示仅取消当前的选取操作。系统默认选择此项。,Remove Duplicate,：此项表示系统自动删除重复的图件。系统默认选择此项。,Confirm Global Edit,：此项表示在进行元件属性编辑时，对具有相同属性的元件进行整体编辑。,Protect Locked Object,：此项表示保护锁定的对象。如果选择此项，在,PCB,编辑器中的任何操作对锁定的对象不起作用。,1,Options,选项卡,（,3,）,Polygon repour,（多边形填充绕行）,该区域主要用于设置,PCB,设计过程中的多边形填充绕行方式。,Repour,：此项设置是否让多边形填充绕过焊盘。它有三个选项，,Never,（覆盖）、,Threshold,（根据阈值绕行）、,Always,（总是绕行）。,Threshold,：绕过阈值。,1,Options,选项卡,1,Options,选项卡,（,4,）,Other,（其它）,Rottion Step:,设置元件旋转角度的步长，默认角度为,900,，如需特殊角度时，可在编辑框中输入。,Undo/Redo,：设置撤消操作与重复操作次数。默认为,30,次。,Cursor Type,：设置显示的类型。它有三个选项，,Large Cursor90,（大光标，,900,方向）、,Small Cursor90,（小光标，,900,方向）、,Small Cursor45,（小光标，,450,方向）。,1,Options,选项卡,（,5,）,Interactive routing,（交互式布线）,Mode,：交互式布线的模式。它有三个选项，,Ignore Obstacle,（忽略障碍）、,Avoid Obstacle (,避开障碍,),、,Push Obstacle,（推挤障碍）。,Plow Through Poly,：布线时遇到多边形，可以从多边形中穿过并将多边劈开。,Automatically Remove Loops,：自动删除多余的布线路径。,1,Options,选项卡,（,6,）,Component drag,（元件拖动模式）,该区域主要用于设置在,PCB,设计过程中拖动对象时导线与元件管脚之间是否保持连接。,None,：不连接。,Connected Tracks,：保持连接。,2,Display,选项卡,图,7-22 Display,选项卡,（,1,）,Display Option,（显示方式）,Convert Special String,：特殊功能字符串转换显示。见第,5,章。,Highlight in Full,：此项表示选取对象以高亮显示，勾掉此项，选取对象的轮廓以高亮显示，整个亮度不明显。,Use Net Color For highlight,：将所选择的网络高亮显示。,Redraw Layer,：表示进行图层切换时，按照绘制图层的顺序刷新图层。,Single Layer Mode,：表示图层以单层模式显示。如图,6-23,（,b,）（,c,）分别显示的是顶层与底层两个单层情况。（,a,）图为原始显示。,Transparent Layers,：此项表示对图层进行透明显示。,2,Display,选项卡,2,Display,选项卡,（,a,）原始显示,（,b,）只显示顶层 （,c,）只显示底层,图,7-23,单层显示情况,2,Display,选项卡,（,2,）,Show,（信息显示）,该区域主要用于设置,PCB,图上的信息显示。,Pad Nets,：表示显示焊盘所在的网络。如图,7-24,（,b,）,Pad Numbers,：表示显示焊盘的编号。如图,7-24,（,c,）,Via Nets,：表示显示过孔所在的网络。,Test Points,：显示测试点。,Origin Marker,：显示原点标记。,Status Info,：显示状态信息。即当光标移动某一对象时，状态栏会同步显示该对象的状态信息。,2,Display,选项卡,（,a,）网络与编号都不显示（,b,）只显示网络（,c,）只显示编号（,d,）两者都显示,图,7-24,网络与编号的设置显示,（,3,）,Draft thresholds,（草图模式阈值）,该区域主要用于设置,PCB,图在,Draft,草图模式下走线宽度与字符串长度的显示方式。,Tracks,：设置走线宽度阈值，默认值为,2mil,。,Strings,：设置字符串长度阈值，默认值为,11Pixels,。,2,Display,选项卡,3.Colors,选项卡,Colors,选项卡用于设置工作层面的颜色，包括图件对象、图层背景等显示颜色设置，如图,7-25,所示。,图,7-25 Colors,选项卡,设置颜色时，单击工作层面右边的颜色块，弹出如图,7-26,所示的颜色选择对话框，从中选择需要的颜色，再单击,【OK】,按钮即完成设置。在选项卡左下角有两个按钮，其中,【Default Colors】,按钮用于设置默认的颜色方案，,【Classic Colors】,按钮用于设置经典的颜色方案。,3.Colors,选项卡,3.Colors,选项卡,图,7-26,颜色选择对话框,4,Show/Hide,选项卡,Show/Hide,选项卡主要用于设置图件对象的显示模式，如图,7-27,所示。,图,7-27 Show/Hide,选项卡,它共有,10,个图件对象区域，每个区域有三种显示模式,:,Final,：精细显示模式，系统默认选择此项。,Draft,：草图显示模式，对象以轮廓的形式显示，如图,7-28,所示。,Hidden,：隐藏模式，相应对象不显示。,4,Show/Hide,选项卡,4,Show/Hide,选项卡,图,7-28 Draft,模式显示效果,7.2.4,设置电路板工作层与栅格,1.,工作层的设置,执行,【Design,设计,】【Optuon,选项,】,命令系统弹出如图,7-29,所示的,“,Document Options,”,对话框。,图,7-29 PCB,工作层的设置,1.,工作层的设置,在,“,Layers,”,选项卡中，可以进行,PCB,工作层的设置。用户只需要在工作层前面的复选框单击鼠标左键勾选，表示开启该工作层，再单击一次，表示关闭该工作层。,在工作层设置对话框的左下角，有三个按钮，单击,【All On】,按钮表示开启所有工作层；单击,【All Off】,按钮表示关闭所有工作层；单击,【Used On】,按钮表示由用户自定义工作层。,当选择双层板时，在顶层和底层都可布线，所以设置如图,7-29,；若选择单层板时，一般规定信号线在底层，元件布置在顶层，则设置如图,7-30,所示。,1.,工作层的设置,图,7-30,单层板的设置,2,栅格的设置,在,“,Document Options,”,对话框中单击,“,Options,”,选项卡，弹出如图,7-31,对话框。用户可以根据需要进行相关设置。,图,7-31,栅格的设置,7.3,规划电路板,所谓规划电路板，就是根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。,电路板形状可以为正方形、矩形、圆形等其它特殊形状。,（,1,）首先将当前工作层切换至,“,Keep Out Layer,”,（禁止布线层），如图,7-32,所示。,规划电路板的步骤,图,7-32,将当前层设置为禁止布线层,（,2,）启动画边界工具，可以通过下列任一方法实现。,单击工具栏上的,图标按钮。,执行,【Place,放置,】【Track,线,】,命令。,规划电路板的步骤,（,3,）确定电路板的下边界,在执行第（,2,）步后，光标变为十字形状，当光标在工作区移动时，通过下列任一方法确定电路的下边界。,观察状态栏左下角光标的坐标显示信息，达到需要值即可停止移动，如确定边界坐标点为（,2000,，,2000,），如图,7-33,所示。,单击,J,、,L,键，弹出如图,7-34,所示的光标跳转对话框，在编辑框输入坐标数值。,规划电路板的步骤,图,7-33,状态栏光标位置信息 图,7-34,对话框编辑光标位置信息,规划电路板的步骤,（,4,）绘制电气边界,单击鼠标左键确定下边界的起点，然后拖动鼠标向右，拖动过程中要求保证线的平直，到达下边界的终点双击鼠标左键确定，这时光标仍然处于命令状态，可以向上、再向左，最后向下完成矩形电路板的绘制，单击鼠标右键退出命令状态，如图,7-35,所示。,（,5,）坐标精确定位,当完成第（,4,）步后，有时在直线转折处，即直角顶点处的两直角边不能很好重合或出现不规则连接，这时需要调整坐标。方法是先双击一直角边，确定一端坐标，再双击另一直角边，修改其端点坐标与上一边相同，从而完成精确定位。,规划电路板的步骤,图,7-35,电气边界的绘制,7.4,导入网络表和元件,规划完电路板之后，接着就是要导入网络表与元件。网络表与元件是同时导入的，网络表与元件的导入过程实际上就是将原理图设计的数据导入到,PCB,设计系统中的过程。但在导入网络表之前，必须将所用到的元件封装全部装入,PCB,编辑器，否则系统在网络表导入过程中会提示导入失败。,1,准备工作,（,1,）建立如图,7-36,所示的电路原理图文件,“,单管共射放大电路,.Sch,”,。,图,7-36,单管共射放大电路,（,2,）双击元件，编辑其元件封装，如图,7-37,所示。,（,3,）执行,【Design,设计,】【Create Netlist,创建网络表,】,命令，将生成名为,“,单管共射放大电路,.NET,”,的网络表文件。,1,准备工作,图,7-37,编辑元件封装示例,2.,加载元件封装库,（,1,）在左边,PCB,浏览器窗口中，单击,“,Browse,”,下拉列表框，选择,“,Library,”,项，如图,7-38,所示。单击,【Add/Remove,添加,/,删除封装库,】,，弹出添加,/,删除封装库的对话框，在系统自带的元件封装库,“,C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPCB,”,目录中进行选择，该目录中有三个文件夹，根据原理图元件对应的封装进行选择相应的封装库文件。,图,7-38 PCB,浏览器,2.,加载元件封装库,（,2,）打开,“,Generic Footprints,”,文件夹，选择,“,Advpcb.ddb,”,和,“,Miscellaneous.ddb,”,两个库，双击库文件或先选中库文件再,【Add】,按钮将其添加入下面的,“,Slected Files,”,区域，如图,7-40,（,a,）所示。最后单击,【OK】,按钮完成添加，在左边的,PCB,浏览器窗口中显示出所添加的元件封装库，如图,7-40,（,b,）所示。,2.,加载元件封装库,（,a,） （,b,）,图,7-40,元件封装库的添加,2.,加载元件封装库,（,3,）执行,【Place,放置,】【Add/Remove,添加,/,删除库,】,命令，将弹出如图,7-39,所示的对话框，接下来的操作同方法（,1,）。,（,4,）单击工具栏上的,图标，接下来的操作同方法（,2,）。,3,导入网络表与元件,（,1,）执行,【Design,设计,】【Load Nets,导入网络表,】,命令，将弹出如图,7-41,所示的对话框。,图,7-41,导入网络表对话框,（,2,）单击对话框中的,【Browse.】,按钮，进入如图,4-42,所示的选择网络表文件的对话框，单击,“,Documents,”,文件夹前的,“,+,”,号，展开当前,PCB,文件所在的设计数据库文件中的所有文本文件。,图,7-42,选择网络表文件对话框,3,导入网络表与元件,（,3,）选择,“,单管共射放大电路,.NET,”,网络表文件，单击,【OK】,按钮,返回到图,7-41,所示的对话框，此时程序自动生成相应的网络宏，如果导入网络表时有错误，将在对话框中,Status,栏中显示错误的个数，需要返回查找原因并进行修改，如果全部正确，则在,Status,栏中显示,“,All macros validated,”,信息，如图,7-43,所示表示导入网络表完全正确。,3,导入网络表与元件,图,7-43,打开网络表文件,（,4,）单击,【Excute,执行,】,按钮，系统将自动导入网络表和元件。此时元件全部在电路板的边界外，结果如图,7-44,所示。,图,7-44,装入网络表和元件后的板图,3,导入网络表与元件,7.5,元件布局,布局是,PCB,图设计过程非常重要的环节，布局是否合理将影响到布线的布通率、元件安装的方便性、电路的抗电磁干扰能力等多方面。,7.5.1,元件的自动布局,1,自动布局设置,执行,【Tools,工具,】【Auto Place,】,命令，弹出如图,7-48,所示的自动布局设置对话框。,统计式布局器,分组式布局器,图,7-48,自动布局对话框,1,自动布局设置,Cluser Placer,：分组式布局器根据元件的连接关系将元件分成组，然后按照几何关系放置元件组，这种算法适合于元件数目较少的情况。,Statistical Placer,：统计式布局器采用统计学算法来布置元件，使元件之间的连线长度最短，这种方法适合元件较多的情况。选择该项，系统显示出隐藏的设置选项，如图,7-49,所示。,1,自动布局设置,图,7-49 Statistical Placer,对话框,Group Component,：此项功能是将当前网络中彼此有紧密联系的元件归为一组。这样元件组内的元件统一进行布局调整，在整个布局系统中，该组被作为一个整体来考虑，系统默认选择此项。,Rotate Component,：选中该项表示在进行布局时允许元件或元件组旋转。系统默认选择该项。,Power Nets,：用于设置电源网络名称，一般设置为,VCC,，也可以设置几个电源网络名称，在编辑框中用空格符隔开即可。,Ground Nets,：用于设置接地网络名称，一般设置为,GND,。,Grid Size,：用于设置布局栅格的大小，每个元件的参考点之间的间距都是栅格大小的整数倍，栅格不能设置过大，否则自动布局时有些元件可能会被挤出,PCB,的边界外边。,1,自动布局设置,2,自动布局,（,1,）选择分组式布局，单击,【OK】,按钮，自动布局结果如图,7-50,所示。,图,7-50,分组自动布局结果,2,自动布局,（,2,）选择统计式布局，其它各项采用系统默认设置，单击,【OK】,按钮，自动布局状态如图,7-51,所示。,图,7-51,自动布局结束状态,自动布局结束后，会出现一个对话框提示自动布局结束，如图,7-52,所示。单击,【OK】,按钮，紧接着又弹出询问对话框，如图,7-53,所示。询问关闭设计前否更新,PCB,的布局，单击,【Yes】,按钮，布局结果如图,7-54,所示。,图,7-52,自动布局结束提示 图,7-53,询问对话框,2,自动布局,2,自动布局,图,7-54,完成自动布局,7.5.2,元件的手工布局,自动布局的效果往往不能令人满意，在实际的,PCB,设计过程中，常常都要靠手工布局来完成，或者自动布局作为初始布局参考，最后还要进行手工调整，因此熟练掌握手工布局操作具有重要意义。,手工布局主要是对元件进行移动、旋转和对齐操作。,Protel 99 SE,提供了几个进行手工布局的子菜单命令，在,“,Tools,”,工具菜单下的,“,Align Components,”,（排齐元件）子菜单，如图,7-55,所示。,手工布局的子菜单命令,图,7-55,手工布局子菜单,（,1,）执行,【Tools,工具,】【Align Components,排齐元件,】【set Shove Depth,设置推挤深度,】,命令，弹出如图,7-56,（,a,）所示对话框，编辑框里的数值默认为,0,，根据情况设置推挤元件数目，如图,7-56,（,b,）设置为,3,。单击,【OK】,按钮确定。,1,推挤,（,a,）设置前 （,b,）设置后,图,7-56,推挤深度设置,1,推挤,（,2,）执行,【Tools,工具,】【Align Components,排齐元件,】【Shove,推挤,】,命令，光标变为十字形状，移动光标到重叠的元件处单击鼠标左键，元件被自动推开，效果如图,7-57,所示。,（,a,）推挤前 （,b,）推挤后,图,7-57,元件推挤效果,2,对齐,（,1,）先选取需要对齐的元件。,（,2,）再执行,【Tools,工具,】【Align Components,排齐元件,】【Align,对齐,】,命令，弹出,“,Align Components,”,（对齐元件）对话框。可以设置元件的水平方向和垂直方向的选项，该对话框的含义在原理图设计章节中已详细讲过，这里不再赘述。,3,旋转,在手工布局过程中对元件进行旋转操作，目的是使元件找到最佳的方向，从而达到元件间连线最短、布局美观整齐及充分利用板面空间，主要有,900,逆时针方向旋转、,X,方向对称旋转、,Y,方向对称旋转几种操作，操作方法同原理图中所述。,4,移动（拖动）,选中元件后，按住鼠标左键不放，然后拖动鼠标，则被选中的元件随着光标移动，到达所需位置后，松开鼠标即将元件放到当前的位置。,7.6,元件的自动布线与手工调整,在元件布局调整之后，接下来的工作就是给元件进行布线了。所谓自动布线，是指,Protel 99 SE,程序根据用户设定的布线参数和布线规则，按照一定的算法，依照网络表指定的元件连接关系，自动地在各个元件间进行连线，从而完成印制电路板的布线工作。,Protel 99 SE,提供了功能强大的自动布线器，它可以快速高效地帮助用户完成布线工作，节省了大量的宝贵时间。,7.6.1,自动布线规则设计,在进行自动布线之前首先必须设置自动布线规则，布线规则设置的合理与否将直接影响到布线的正确率与成功率。自动布线的设置规则有信号线间安全距离、布线的拐角模式、布线层、布线优先级、布线算法、过孔类型、走线宽度等参数的设置。执行,【Design,设计,】【Rules,规则,】,命令，弹出如图,7-59,所示的,PCB,设计规则对话框。在,“,Routing,”,（布线）选项卡中，可以进行布线规则的参数设置。,1,设置布线层,图,7-59,布线规则选项卡,由于上面电路较简单，我们设置为单层布线。在图,7-59,中，用鼠标选中,“,Rules Classes,”,列表框中的,“,Routing Layers,”,（布线层选项），双击该选项（或者按照图,7-59,中的另两种操作说明），系统弹出布线层规则设置对话框，将,“,Rule Attributes,”,（布线属性）选项区的,“,TopLayer,”,设置为,“,Not Used,”,（不布线），拖动滚动条将,“,BottomLayer,”,设置为,“,Any,”,（任意布线方向），如图,7-60,所示。其它项采用默认设置，单击,【OK】,按钮确定。,1,设置布线层,1,设置布线层,图,7-60,单层布线的设置,2,设置走线宽度,拖动,“,Rule Classes,”,列表框的滚动条，选择,“,Width Constraint,”,(,导线宽度,),选项，如图,7-61,所示。双击,“,Width Constraint,”,选项或单击,【Properties,】,按钮，打开如图,7-62,所示的,“,Max-Min Width Rule,”,对话框，在此可以设置布线时导线宽度的最大值、参考值、最小值。,2,设置走线宽度,图,7-61,走线宽度选项卡,2,设置走线宽度,图,7-62,走线宽度设置对话框,根据本例布线需要，我们将信号线宽设置为,30mil,，,VCC,和,GND,网络线宽设置为,“,Maximum Width,”,（最大值）为,100mil,，,“,Minimum Width,”,（最小值）为,60mil,，,“,Preferred Width,”,（参考值）为,60mil,，布线时的实际宽度为,“,Preferred Width,”,项的参数值，设置步骤如下：,（,1,）设置信号线宽,在,“,Filter kind,”,下拉列表框中选择,“,Whole Board,”,，表示整个,PCB,的走线宽度都服从参数设置，在,“,Rule Atrributes,”,编辑框中将最大值、最小值及参考值均设置为,30mil,，单击,【OK】,按钮回到布线对话框中，我们发现下面的窗口中信号线的宽度已发生了改变，如图,7-63,所示。,2,设置走线宽度,2,设置走线宽度,图,7-63,信号走线宽度的设置,2,设置走线宽度,（,2,）,VCC,（电源）走线与,GND,（地）走线宽度设置,单击图,7-63,中的,【Add,】,按钮，进入如图,7-64,所示的对话框，在,“,Filter kind,”,下拉列表框中选择,“,Net,”,，紧接着下面出现网络名称的列表框，表示可以对个别网络走线宽度进行特别设置，如图,7-64,所示。单击列表框中的,GND,网络，然后在,“,Rule Atrributes,”,编辑框中将最大值、最小值及参考值分别设置为,100mil,、,60mil,、,60mil,，此设置表示将改变与接地网络相连的导线宽度，不再服从第（,1,）步的设置。单击,【OK】,按钮回到布线对话框中，我们发现下面的窗口中又多了个对象，如图,7-65,所示。按照同样的操作方法将电源网络走线宽度设置也添加到布线规则窗口中，这样就完成了走线宽度设置。单击,【Close】,按钮完成布线规则的设置。,2,设置走线宽度,图,7-64 GND,网络走线宽度的设置,图,7-65,不同对象走线宽度的设置,2,设置走线宽度,7.6.2,自动布线,执行,【Auto Route,自动布线,】【All,全部,】,命令，系统弹出图,7-66,所示的自动布线设置对话框。,图,7-66,自动布线设置对话框,1,对话框的各项含义,（,1,）,Router Passes,区域,Memory,：此项表示如果电路中存在存储器元件，则在布线过程中一直关心这些元件的放置位置与定位方式，对存储器的走线方式进行最佳评估，对存储器的数据线与地址线，采用平行走线方式。这种布线方式采用启发式和探索式布线算法。,Fan Out Used SMD Pins,：本项是针对,SMD,元件的扇出布线程序，当,SMD,元件跨越不同工作层时，程序将自动从焊点引出一小段导线，然后通过过孔与其他工作层连接。对于电路板上扇出失败的地方，将以一个内含小,“,”,的黄色圆圈指示。此方式也是采用启发式和探索式布线算法。,Pattern,：表示采用拓扑结构算法进行布线。,Shape Route-Push And Shove,：此项表示布线过程中采用推挤操作，以避开不在同一网络中的焊盘和过孔。,Shape Route-Rip Up,：当电路板上存在着走线间距冲突时，图面上将以绿色的小圆圈指示。选择该项可以重新布线以消除间距冲突。,1,对话框的各项含义,（,2,）,Manufacturing Passes,区域,Clean Up During Routing,：表示布线期间对电路板进行清理。,Clean After Routing,：表示布线过后对电路板进行清理。,Evenly Space Tracks,：表示当导线穿过集成电路芯片相邻两个焊盘之间时，使导线均匀颁布两焊盘中间。,Add Testpoints,：表示在电路板上增加测试点。,（,3,）,Pre-Routes,区域,本区域只有一个复选框,“,Lock All Pre-Routes,”,，选择该项表示保护所有的预先布好的线，防止修改或重新布线奖其改变。,（,4,）,Routing Grid,栏,用于设定布线栅格大小。,2,全局自动布线,布线参数设置完毕后，单击,【Route All,自动布线,】,按钮，程序就开始对电路板进行全局自动布线了。布线完毕又弹出自动布线消息框，如图,7-68,所示。消息说明电路导线布通率为,100%,，共,14,条走线，没有布线的走线,0,条，布线用时仅,1,秒钟。单击,【OK】,按钮确定。自动布线结果如图,7-69,所示。,图,7-68,布线消息对话框,图,7-69,自动布线后的,PCB,图,2,全局自动布线,3,其他布线方式,在,“,Auto Route,自动布线,”,菜单下还有几种局部布线命令，如图,7-70,所示。,图,7-70,其他几种布线命令,（,1,）,Net,网络：指定网络布线。执行该命令时，光标变为十字形状，移动光标到网络所在的焊盘处，单击鼠标左键，系统弹出如图,7-71,所示的浮动菜单。选择除最后一项,“,Component,”,外其余任意一项，系统将对选取的网络自动布线，结果如图,7-72,所示。,图,7-71,选取网络的浮动菜单,3,其他布线方式,3,其他布线方式,图,7-72,指定网络布线,3,其他布线方式,（,2,）,Connection,连接：指定飞线布线。执行该命令时，光标变为十字形状，将光标移动到指定飞线上，如图,7-73,（,a,）所示，单击鼠标左键确定，飞线就完成了布线，如图,7-73,（,b,）所示。,3,其他布线方式,（,a,） （,b,）,图,7-73,指定飞线的布线,（,3,）,Component,元件：指定元件布线。执行该命令后，光标变为十字形状，将光标移到指定元件上，如图,7-74,（,a,）所示，单击鼠标左键确定，则与该元件相连的导线完成布线，如图,7-74,（,b,）所示。,3,其他布线方式,3,其他布线方式,（,a,） （,b,）,图,7-74,指定元件布线,3,其他布线方式,（,4,）,Area,区域：指定区域布线。执行该命令后，光标变为十字形状，拖动鼠标选取需要布线的区域，本例中只选取了,Q1,，布线结果如图,7-75,所示。,图,7-75,指定区域布线,7.6.3,电路板的手工调整,自动布线完成以后，最终的,PCB,图不一定满足人们的设计要求，设计人员需要根据设计经验和电路的性能要求用手工方式进行反复修改与调整。,1,加宽电源,/,接地线,2,增加信号输入,/,输出接口,3,调整布线,（,1,）单击工具栏上的图标按钮，系统弹出放置封装元件对话框，在编辑框中输入二端口封装元件,“,SIP2,”,，具体编辑如图,7-76,所示。单击,【OK】,按钮确定，然后将元件放置在,PCB,图上合适的位置。,增加信号输入,/,输出接口,图,7-76,放置封装元件对话框,增加信号输入,/,输出接口,（,2,）双击,J1,第一脚所在的焊盘，系统弹出如图,7-77,所示的焊盘属性设置对话框，切换至,“,Advanced,”,选项卡中，将,J1,的第一脚网络名设置与电容,C1,的第二网络名相同，即,“,NetC1_2,”,，,【OK】,按钮确定。,图,7-77,设置元件焊盘网络名称,增加信号输入,/,输出接口,（,3,）用同样的方法将,J1,的第二脚网络名设置为,“,GND,”,。,（,4,）重复（,1,）、（,2,）、（,3,）步骤，在输出端放置元件,“,SIP2,”,，编号为,“,J2,”,，注释为,“,Output,”,。,J2,的第一脚网络名为,“,NetC2_2,”,，第二脚网络名为,“,GND,”,。具体设置完后如图,7-78,所示。,增加信号输入,/,输出接口,图,7-78,添加输入,/,输出接口效果图,增加信号输入,/,输出接口,（,5,）将工作层切换至“,BottomLayer”,，单击工具栏上的,图标按钮，用手工布线的方式对刚放置的输入,/,输出接口元件进行布线，最后结果如图,7-79,所示。,图,7-79,手工布线效果,手工布线,3,调整布线,图,7-80,调整布线效果图,7.7,报表输出,7.7.1,电路板信息报表,执行,【Report,报表,】【Board Information,电路板信息,】,命令，系统弹出如图,7-81,所示的电路板信息对话框。它由三个选项卡组成。,图,7-81 PCB,的常用信息,7.7.1,电路板信息报表,General,（常用信息）：,General,选项卡中包含了,PCB,的各种常用信息，它有三个区域，,“,Primitives,”,区域说明电路板的的图件的数量，,“,Board Dimensions,”,区域说电路板的尺寸大小，,“,Other,”,区域说明电路板的钻孔数目和,PCB,设计违规数目，如图,7-81,所示。,Components,（元件）：,Components,选项卡显示了,PCB,图的全部元件的信息。,Total,表示当前使用元件的总数，其后面的数字就是总元件数，,Top/Bottom,分别表示顶层与底层元件的数目，本例中共有,12,个元件，全部放置在顶层上，如图,7-82,所示。,Nets,（网络）：,Nets,选项卡显示了,PCB,的所有网络信息，,Loaded,表示当前网络的总数，如图,7-83,所示。,图,7-82 PCB,的元件信息,7.7.1,电路板信息报表,图,7-83 PCB,的网络信息,单击,“,PCB Information,”,对话框底部的,【Report,】,按钮，系统弹出报表项目选择对话框，如图,7-84,所示。用户可以选择要报表的项目，再次单击,【Report】,按钮产生扩展名为,.REP,的报表文件。图,7-85,是全部项目都不能选择的,PCB,板信息报表文件。,7.7.1,电路板信息报表,图,7-84,选择报表项目对话框,7.7.1,电路板信息报表,图,7-85 PCB,信息报表,7.7.2,材料清单报表,（,1,）执行,【Report,报表,】【Bill of Materials,材料清单,】,命令，打开元件清单报表向导，如图,7-86,所示。,图,7-86,元件清单报表向导,7.7.2,材料清单报表,（,2,）单击,【Next】,按钮，进入如图,7-87,所示的报表类型选择对话框。在此选择报表类型。,图,7-87,元件报表类型选择对话框,7.7.2,材料清单报表,（,3,）单击,【Next】,按钮，进入如图,7-88,所示的设置报表排序对话框，对话框中有三个选项，,“,Component,”,表示按元件排序，,“,Designator,”,表示按序号排序，,“,Footprint,”,表示按元件封装排序，这里选择系统默认设置，并且将,“,Designator,”,、,“,Footprint,”,前的复选框勾上。,图,7-88,报表排序选择对话框,7.7.2,材料清单报表,（,4,）单击,【Next】,按钮，进入如图,7-89,所示的向导完成确认对话框。,图,7-89,向导完成确认对话框,7.7.2,材料清单报表,（,5,）单击,【finish】,按钮，系统生成一个扩展名为,.BOM,的材料清单报表文件，如图,7-90,所示。,图,7-90,材料清单报表文件,7.7.3,其他报表,引脚信息报表（,Selected Pins,）：将用户选择的元件引脚通过报表提供引脚的具体信息。,层次分析报表（,Design Hierarchy,）：对设计数据库中,“,Document,”,文件夹内的所有文件进行统计，形成数据结构信息。,网络分析报表（,Netlist Status,）：对当前电路板上的所有网络名称、网络所在的工作层及网络走线长度的信息进行报表。,信号完整性分析报表（,Signal Interity,）：程序将模拟实际电路，产生电路板的信号完整性信息。,7.8,创建元件封装,7.8.1,元件封装编辑环境,在设计数据库环境中，执行,【File,文件,】【New,新建文件,】,命令，系统弹出如图,7-92,所示的编辑器选择对话框。,图,7-92,元件封装编辑器选择对话框,单击选中,“,PCB Library Document,”,图标再单击,【OK】,按钮或双击,“,PCB Library Document,”,图标，即可进入元件封装编辑器窗口，如图,7-93,所示。,图,7-93,打开元件封装编辑器,7.8.1,元件封装编辑环境,同时在设计数据库文件中的,“,Document,”,文件夹内产生一个默认名为,“,PCBLIB1.PCB,”,的文件，如图,7-94,所示。,图,7-94,设计数据库管理窗口,7.8.1,元件封装编辑环境,7.8.2,手工创建元件封装,下面以,0.75,英寸七段数码管为例来说明手工创建元件封装的方法。数码管尺寸如图,7-95,所示。,图,7-95,数码管引脚与封装要求,7.8.2,手工创建元件封装,（,1,）定位参考点,图,7-96,定位参考点,7.8.2,手工创建元件封装,（,2,）图纸参数设置,图,7-97,设置图纸参数,7.8.2,手工创建元件封装,（,3,）放置焊盘,图,7-98,第一个焊盘属性设置 图,7-99,焊盘的放置,7.8.2,手工创建元件封装,（,4,）放置元件轮廓与小数点,图,7-100,数码管轮廓放置,（,5,）元件重命名,7.8.2,手工创建元件封装,图,7-101,元件封装重命名,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,1,）执行,【Tools,工具,】,【New component,新建元件封装,】,命令或单击元件封装浏览器窗口中的,按钮，系统弹出如图,7-102,所示的元件封装创建向导对话框。,图,7-102,元件封装创建向导,（,2,）单击,【Next】,按钮，进入元件封装类型选择对话框，拖动列表框右侧的滚动条，选择元件封装类型为,“,Dual in-line Pakage,”,（双列直插封装），右下角的长度单位一般默认为,Imperial,（英制）单位，如图,7-103,所示。,图,7-103,元件封装类型选择对话框,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,3,）单击,【Next】,按钮，进入元件焊盘尺寸设置对话框，单击图中尺寸数值，相应位置变为蓝色，可以直接编辑焊盘尺寸。这里采用默认设置即可，如图,7-104,所示。,图,7-104,焊盘尺寸设置,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,4,）单击,【Next】,按钮，进入焊盘间距设置对话框。设置方法同步骤（,3,），这里采用默认设置，如图,7-105,所示。,图,7-105,焊盘间距设置对话框,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,5,）单击,【Next】,按钮，进入元件线宽设置对话框。设置方法同步骤（,3,），这里采用默认设置，如图,7-106,所示。,图,7-106,元件线宽设置对话框,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,6,）单击,【Next】,按钮，进入元件引脚数目设置对话框。将引脚数设置为,16,，如图,7-105,所示。,图,7-106,元件引脚数目设置对话框,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,7,）单击,【Next】,按钮，进入元件封装名称设置对话框。如图,7-107,所示。,图,7-107,元件封装名称设置对话框,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,8,）单击,【Next】,按钮，进入元件封装创建结束对话框如图,7-108,所示。,图,7-108,完成元件封装的创建,7.8.3,利用向导创建元件封装,（,9,）单击,【Finisf】,按钮，元件封装编辑区中显示新建的封装，如图,7-109,所示。,图,7-109,新创建的,DIP16,封装形式,（,10,）保存元件封装即完成整个创建过程。,7.8.3,利用向导创建元件封装,7.9 PCB,双层板制作实例,图,7-110 555,定时器报警电路,制作步骤,（,1,）新建（或打开）设计数据库文件，本例中为打开设计数据库文件，,“,PCBDesign.ddb,”,。如图,7-111,所示。,图,7-111,打开设计数据库文件,制作步骤,（,2,）在,“,Document,”,文件夹中新建原理图文件,“,报警器,.Sch,”,如图,7-111,所示。这里需要说明的是系统自带的元件库中的,“,555,定时器,”,元件符号与所给原理图中的不一样，需要自行创建，创建完后要添加到原理图元件库浏览器窗口中才能使用。,（,3,）在,“,Document,”,文件夹中新建,PCB,文件,“,报警器,.PCB,”,（,4,）执行,【Design,设计,】【Option,选项,】,命令，在弹出的工作层设置对话框中选择,TopLayer,和,BottomLayer,，即将工作层设置为双层。,（,5,）在,PCB,编辑区中将工作层切换至,“,KeepOutLayer,”,（禁