七PCB设计基础课件.ppt
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- PCB 设计 基础 课件
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1、项目七项目七 PCBPCB设计基础设计基础知识目标:知识目标: 了解印制电路板的种类及结构。了解Protel DXP 2004 PCB的启动及设计界面。了解PCB设计的一般流程。掌握PCB的基本组件。掌握PCB文件的创建。技能目标:技能目标: 能利用PCB向导创建PCB文件,规划PCB板。对PCB基本组件能进行放置和属性设置。任务一任务一 PCB设计初步设计初步知识知识1 PCB板简介板简介 PCB (Printed Circuie Board)板是印刷线路板或称印刷电路板的简称。 在绝缘材料上,按预定设计,刷成印刷线路、印刷元件或两者组合而成的导电图形称为印刷电路。 在绝缘基材上提供元器件之
2、间电气连接的导电图形,称为印刷线路板。 设计PCB的目的就是要得到加工制作在绝缘覆铜板上的导电图形和孔位特征的电路板版图。最后在绝缘覆铜板上经过印刷、蚀刻、钻孔及一些后续处理生成电子产品所需要的印制电路板。 知识知识2 PCB板的种类及结构板的种类及结构PCB板根据导电层数不同,分单层板、双面板、多层板。1单层板 单层板(Single-Sided Boards)的结构如图7.1(a)所示,所用的覆铜板只有一面覆铜箔,另外一面是基板,因此也只能在敷铜面上制作导电图形。 (2)双面板 双面板(Double-Sided Boards)的结构如图7.1(b)所示,基板的上、下两面都覆有铜箔。双面板包含
3、顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)两个信号层。两面都有敷铜,中间为绝缘层。 图7.1 印制电路板的种类 3多层板 多层板是包含了多个工作层面的电路板,结构如图7.1(c)所示。 多层印制板除了顶层和底层之外,还包括中间层,中间层可以是信号层,也可以是电源层和接地层。 图7.1 印制电路板的种类知识知识3 PCB板材料板材料 PCB板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜、银、焊锡等。 PCB板就是绝缘的板子,把电路做成铜膜走线,放在其上,而这绝缘板子的材料,从早期的电木到现在的玻璃纤维,其厚度越来越薄,韧性却越来越强。在板子的顶层和底层都可以放置元件,用焊锡把元件焊接在PC
4、B板上。 印制电路板根据基底材料不同,可分为刚性覆铜薄板、复合材料基板、特殊基板。知识知识4 元件封装元件封装 元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊点位置。它仅仅是空间的概念,因而不同的元件可以共用一个元件封装;另一方面,同种元件可以有不同的封装。1元件封装分类1)针脚式元件封装 针脚式元件封装也称双列直插式元件封装,是针对针脚类元件的,如图7.2所示。 表面粘贴式元件封装,如图7.3所示。 2)表面粘贴式元件封装 图7.2 针脚式元件封装 图7.3表面粘贴式元件封装 2元件封装编号 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。 知识知识5 铜膜导线铜膜导线
5、铜膜导线也称铜膜走线,简称导线,用于连接几个焊点。 与导线有关的另外一种线,常称之为预拉线或飞线。 预拉线是在引入网络表之后,系统根据规则自动生成,用来指引布线的一种连线。 预拉线与导线有本质区别: 预拉线只是在形式上表示出各个焊盘间的连接关系,没有电气连接意义。 导线则是根据预拉线指示的焊盘间连接关系布置的,具有电气连接意义。 知识知识6 焊盘和过孔焊盘和过孔焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。 焊盘的形状有圆、方、八角等。 焊盘的主要参数是焊盘尺寸和孔径尺寸。 过孔又称为导孔,是用来连接不同板层间的导线。当铜膜导线走不通时,就需要打个过孔,通过过孔连接到另一个布线层。过孔有从顶层贯通
6、到底层的通过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。任务二任务二 PCB设计的一般流程设计的一般流程知识知识1 前期准备前期准备前期准备包括元件库和原理图,并生成网络表。 在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。 元件库可以用Protel 自带的库,但一般情况下很难找到合适的,最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。 知识知识2 PCB结构设计结构设计 该步骤需要确定PCB板的大小、形状、层数等参数,并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。 知识知识3 布局布局 布局就是在板子上放元件。在原理图的基础上生成
7、网络表,之后在PCB图上导入网络表。采用元件自动布局操作,将网络报表中的元件放置到定义的PCB上。 知识知识4 布布线线 布线有自动布线和手动布线。自动布线只要参数设置得当,元件位置布置合理,成功率几乎达100%。当自动布线有布不通或不尽人意的地方时,再做手工调整,从而优化PCB设计。知识知识5 布线优化和丝印布线优化和丝印优化布线的时间一般是初次布线的时间的两倍。 丝印,要注意不能被元件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时,设计时正视元件面,底层的字应做镜像处理,以免混淆层面。 知识知识6 网络检查、网络检查、DRC检查和结构检查检查和结构检查 电路原理图设计无误,将所生成的PCB网络文件与原理图网
8、络文件进行物理连接关系的网络检查(NETCHECK);网络检查正确通过后,对PCB设计进行DRC检查,以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。 知识知识7 文件保存及输出文件保存及输出 PCB设计完成,对设计过程中产生的的各种文件和报表进行存储。根据需要,输出PCB板的布线图。任务三任务三 Protel DXP 2004 PCB的启动及界面认识的启动及界面认识知识知识1 启动启动Protel DXP 2004 PCB编辑器编辑器进入DXP 2004,在“Files”面板“打开项目”栏单击 弹出打开项目“Choose Project to Open”对话框,
9、该对话框默认路径为 DXP安装目录下的Examples文件夹,如图7.4所示。 图7.4 Choose Project to Open对话框 单击进入其中一个示例项目文件夹“PCB Auto.Routing”,选定PCB项目文件“PCB Auto.Routing.PrjPCB”,单击“打开”按钮。在DXP主页面左侧“Projects”面板,可以看到该项目文件内包含了6个PCB文件,双击其中任意一个,打开该文件的同时进入Protel DXP 2004 PCB编辑环境,如图7.5所示。 图7.5 PCB Auto.Routing项目 知识知识2 Protel DXP 2004 PCB编辑器界面编辑
10、器界面1菜单栏 Protel DXP 2004 PCB编辑窗口菜单栏,如图7.6所示。 图7.6 菜单栏 2工具栏 工具栏如图7.7所示,以图标按钮形式列出了常用命令的快捷方式。用户可以根据需要对工具栏包含的命令项进行选择,还可以对摆放位置进行调整。 图7.7 工具栏 1)“PCB标准”工具栏:如图7.8所示,与原理图编辑器中的标准工具栏相同,提供了常用PCB文档编辑操作按钮。 图7.8 PCB标准工具栏 2)“实用工具”工具栏:如图7.9所示,该工具栏每个按钮都另有下拉工具栏,分别提供不同类型的绘图工具,包括PCB设计中要用到的实用工具、调整工具、查找选择、放置尺寸、网格设置等。 图7.9
11、“实用工具”工具栏 图7.10 “配线”工具栏 3)“配线”工具栏:如图7.10所示,提供了PCB布线常用图元放置命令。 4)“过滤器”工具栏:如图7.11所示,根据网络、元件号或者属性等过滤参数,使符合参数设置的图元在工作区内高亮显示,而其他不符部分则变暗。 图7.11 “过滤器”工具栏 5)导航工具栏:如图7.12所示,实现不同界面间快速跳转。 图7.12 “导航”工具栏 3面板控制中心 如图7.13所示,单击该控制中心的各个面板标签,可以使其对应的控制面板显示或隐藏。 图7.13 面板控制中心 PCB编辑环境内所有快捷菜单、工具栏都可以在主菜单栏内找到对应的控制命令。如执行“DXP”“用
12、户自定义”命令,在弹出的“Customizing PCB Editor”对话框中可以设置主菜单和工具栏的排列组合,设置自己熟悉的编辑界面。4面板1)“Files”(文件)面板 如图7.14所示,包括了打开文档、打开项目、新建、根据存在文件新建和根据模板新建5个子菜单。2)“Projects”(项目)面板 如图7.15所示,双击可以打开面板中各个项目。3)“PCB”面板 如图7.16所示, PCB面板可以游览当前设计文件具体细节,还可以进入From-To编辑器和分离内电层Flit Plane编辑器。 图7.14 Files面板 图7.15 Projects面板 图7.15 Projects面板
13、4)“Filter”(过滤器)面板 允许用户通过建立逻辑序列来生成个人需要的过滤器,准确、高效地选择、编辑多个对象。 5坐标系统 PCB编辑器坐标系统是PCB布局、元件放置、布线的重要依据。 元件或导线等图形放置后,属性对话框中会显示其坐标值。这个坐标值就是该图形到坐标原点的距离值。系统默认的坐标原点在编辑工作区左下角。 在DXP的PCB设计环境中,提供了两种尺寸标准:公制和英制,其单位分别是mm和mil,公制和英制之间换算关系:1mil=25.4m。二者之间还可以相互切换其方法是:在主菜单栏中选择“查看”“切换单位”或者按快捷键。 当公制和英制单位在切换过程中,若想知道现在是公制还是英制状态
14、,可以查看屏幕的左下角是mil还是mm来确认。 任务四任务四 创建创建PCB设计文件设计文件 知识知识1 通过向导创建通过向导创建PCB文件文件 使用PCB向导创建PCB文件,可以选择各种工业标准板的轮廓,也可以自定义电路板尺寸。 创建具体步骤如下: 第1步,单击PCB工作面板右下角的“System”按钮,弹出如图7.17所示菜单。 图7.18 Files面板 在菜单中单击“Files”,弹出如图7.18所示的Files面板。 图7.17 打开Files面板 第2步,在Files面板“根据模板新建”区域,单击“PCB Board Wizard”选项,打开PCB向导,如图7.19所示。 第3步,
15、单击“下一步”按钮,弹出选择PCB板度量单位对话框,如图7.20所示。这里选择英制。 图7.19 PCB设计页面 图7.20 度量单位窗口 第4步,单击“下一步”按钮,弹出选择电路板配置文件对话框,如图7.21所示,可以设置PCB板的类型。 图7.21 选择电路板配置文件 图7.22 选择电路板详情 第5步,单击“下一步”按钮,弹出如图7.22所示自定义电路板对话框。 对话框左侧的列表框内,系统提供了多种标准电路板的标准配置文件,以方便用户选用。单击其中任意一项,对话框右侧可以预览该配置PCB板示意图。 在该对话框中可以设置电路板的形状和尺寸等几何参数,还可以根据需要设置导线宽度和布线规则等。
16、 第6步,单击“下一步”按钮,弹出选择电路板层对话框,分别设定信号层和内电层的层数,如图7.23所示。这里我们分别设定为2层。 图7.23 选择电路板层 图7.24 选择过孔风格 第7步,单击“下一步”按钮,弹出如图7.24所示对话框,用来设置过孔类型。有“通孔”和“盲孔或埋过孔”两种类型。如果是双面板则应选择“通孔”,这里选择“通孔”。 第8步,单击“下一步”按钮,弹出选择元件和布线逻辑对话框,如图7.25所示。 设置PCB板的最小导线尺寸、过孔尺寸及导线之间的间距。图示为默认设置。 第9步,单击“下一步”按钮,弹出选择默认导线和过孔尺寸对话框,如图7.26所示。 该对话框用于确定电路板选用
17、的元件是表面贴装元件为主还是通孔元件为主,右侧为示意图。如果是表面贴装元件选择是否要将元件放置在电路板两面;如果是通孔元件,则设置邻近焊盘间导线数。 图7.26 选择默认导线和过孔尺寸 图7.25 选择元件和布线逻辑 第10步,单击“下一步”按钮,弹出如图7.27所示PCB板向导完成画面。 第11步,单击“完成”按钮,系统生成一个默认名为“PCB1.PcbDoc”的文件,同时进入了PCB编辑环境,在工作区内显示PCB1板轮廓,如图7.28所示。 最后将文件保存并重命名,至此,完成了新建PCB文件。 图7.27 电路板向导完成 图7.28 生成的电路板 知识知识2 手动定义电路板手动定义电路板
18、创建PCB文件,除了用PCB板向导外,还可以使用菜单命令,然后再自行设置PCB板的各项参数。 新建一个空白的PCB文档,可以执行“文件”“新建”“PCB文件”命令,启动PCB图编辑环境界面,再执行“设计”“PCB板形状” “重新定义PCB板形状”,画出一个你所需要大小的封闭方框,重新定义PCB板边界。 重新定义了PCB板形状后,在机械层1上,沿PCB的外边缘画出边界线;在禁止布线层上,机械层边界线内侧60mil左右的地方画出禁止布线层的边界。具体设置在任务五板层的设置中讲述。知识知识3 通过模板创建通过模板创建PCB文件文件 第1步,单击“Files”面板的“根据模板新建”栏中的“PCB Te
19、mplates”,弹出如图7.29所示对话框。在该对话框中打开的都是扩展名为PrjPCB和PcbDoc的文件,它们包含了模板信息,可以引入模板。图7.29 引入PCB模板 图7.30 引入模板文件工作窗口 第2步,选择一个项目文件,如ATlongbus(13.34.5inches),即可引入该文件内的模板信息。如图7.30所示为引入该模板后的工作窗口,此时已新建了一个名称为“PCB1.PcbDoc”的PCB文件,该PCB板有和ATlongbus(13.34.5inches)文件中一样的PCB板定义。任务五任务五 PCB板层板层知识知识1 板层的类型板层的类型 PCB板包括多种类型的层面,如信号
20、层、内部电源/接地层、机械层、屏蔽层、丝印层等,每一层作用各不相同。 1信号层(Singal Layers) 有32个信号层,用于放置与信号有关的电气元素。包括顶层板层(Top Layer)、底层板层(Bottom Layer)和30个中间板层(Mid Layer)。顶层和底层放置元件和布线,中间30层布置信号线。2内部电源/接地层(Internal Planes) 内部电源/接地层也称为内电层,有16个内部电源层,通常放置电源(VCC、VDD)或接地(GND)信号线。 3机械层(Mechanical Layers) 系统提供了16个机械层,用来放置电路板在制造或组合时所需要的边框和标注尺寸,
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