基于Protel 99 SE電路板設計問題的對策

裝甲兵學院 王宗祥 李 威

安徽省固鎮(zhèn)縣第一中學 趙婷婷

裝甲兵學院 楊道馳

基于Protel 99 SE電路板設計問題的對策

裝甲兵學院 王宗祥 李 威

安徽省固鎮(zhèn)縣第一中學 趙婷婷

裝甲兵學院 楊道馳

Protel 99 SE是基于Windows的電子設計自動化(EDA)軟件，它不僅可以實現原理圖的設計與繪制，還可以實現電路板的設計與制作。其所具有的強大的便捷功能，卓有成效的檢測手段和完善靈活的設計管理方式，已經成為諸多電路設計者首選軟件。本文著重闡述了在Protel 99 SE環(huán)境下電路板的設計中問題的探討，并且給予很好的解決方法。

Protel 99 SE；PCB；電路設計；調試

1.引言

Protel 99 SE是基于Windows的電子設計自動化(EDA)軟件，PC平臺電路設計系統(tǒng)。它集聚了計算機圖形學、微電子工藝與結構學和計算數學等多學科于一體的先進技術，它是在Windows平臺上開發(fā)出來的電子系統(tǒng)設計的軟件工具。Protel 99 SE是澳大利亞的Protel公司于1999年推出的，并與2000年進行了改進。Protel 99 SE不僅在繪制原理圖、PCB板布局布線等方面功能非常完善，其具有強大便捷的編輯功能、卓有成效的檢測手段和完善靈活的設計管理方式，已成為眾多電子線路設計者首選的計算機輔助設計軟件。

Protel 99 SE采用了SmartDoc、Smart-Team、SmartTool三大技術，采用了客戶/服務器體系結構。為原理圖設計和電路板印制提供了交互友好且高效強大的設計環(huán)境，如果設計者不夠謹慎也容易出現致命性毀壞，本文是基于Protel 99 SE在PCB板設計過程中出現的“死穴”問題著重加以分析解決。

2.PCB圖設計流程

雖然PCB設計工作紛繁復雜，但是也有合理的制作流程的，電路設計的最終目的就是為了制作電子產品，而電子產品的物理結構是通過印制電路板來實現的，原理圖設計是前期準備工作。畫PCB板按流程，一可以養(yǎng)成良好的習慣，二可以避免出錯。PCB設計流程如圖1。

3.印制電路板設計及分析

印制電路板設計的好壞對印制電路板抗干擾能力影響很大。因此在進行PCB設計時，必須遵守PCB設計原則，符合抗干擾的要求。除了以上的原則和要求外，還必須做好印制電路板參數的設置及分析,如圖2所示。

3.1 PCB物理邊框設計

制作合適封閉的物理邊框對以后的元件布局、走線、抗噪聲及散熱來說是基本平臺，也對自動布局起著約束作用，否則，從原理圖過來的元件會不知所措。但這里一定要注意精確，無論尺寸是大還是小會引起散熱不好，造成對鄰近線產生干擾，還可能造成成本上升。也會給安裝問題就麻煩了；拐角處用圓弧，一可以避免尖角劃傷人，二又可以減輕應力作用，如圖3所示。

3.2 元件和網絡的設計

把元件和網絡引入畫好的邊框中應該很簡單，但是往往會出小問題，這時要按提示錯誤一個一個地解決；問題大致如下：元件的封裝形式找不到，元件網絡問題，有未使用的元件或管腳等，對于設計者來說對照提示可以很快解決問題，這里就不在累述。

3.3 元件布局設計

元件的布局與走線是印制電路板的關鍵環(huán)節(jié)，對產品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，應該需要特別注意的地方。元件布局原則如下：

3.3.1 元件放置順序

先放置與結構有關的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等，最后放置小器件。

圖1 PCB設計流程

3.3.2 注意散熱

元件布局還要特別注意散熱問題；對于大功率電路，應該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一處，也不要與高電容太近以免使電解液過早老化。

3.4 布線設計及規(guī)則

合理布線不僅與產品的樣式與結構有關；而且還影響其性能；具體布線原則。

1)高頻數字電路走線要細一些、短一些好；大電流信號、高電壓信號與小信號之間應該注意隔離(隔離距離與要承受的耐壓有關，通常情況下在2kv時板上要距離2mm，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。)；

2)兩面板布線時，兩面的導線宜應相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸人及輸出用的印制導線應盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導線之間最好加接地線；

3)走線拐角盡可能大于90度，杜絕90度以下的拐角，也盡量少用90度拐角；同是地址線或數據線，走線長度差異不要太大，否則短線部分要走彎線做補償；走線盡量走在焊接面，特別是通孔工藝的PCB；盡量少用用過孔及跳線；

4)單面板焊盤必須要大，焊盤相連的線一定要粗，一般的單面板廠家質量不會很好，否則對焊接和RE－WORK都會有問題；大面積敷銅要用網格狀的，防止板子產生氣泡和因為熱應力作用彎曲，但在特殊場合下要考慮GND的流向，大小，不能簡單的用銅箔填充了事；

圖2

圖3

圖4

5)元器件和走線不能太靠邊，一般的單面板多為紙質板，受力后容易斷裂，如在邊緣連線或放元器件就會受到影響；必須考慮生產、調試、維修的方便問題；

對模擬電路來說處理以上問題很重要，對于功放電路，極微小地噪聲都會因為后級的放大對音質產生明顯的影響；在高精度A/D轉換電路中，如果地線上有高頻分量存在將會產生一定的溫漂，影響放大器的工作，這時可在PCB板的四個拐角處加上去藕和電容，一腳和板子上的地線連，一腳連到安裝孔上去（通過螺釘和機殼連），這樣可將此分量濾去，放大器及A/D也就穩(wěn)定。

另外，電磁兼容問題在目前人們對環(huán)保產品倍加關注的情況下顯得更加重要。一般來說電磁信號的來源有3個：信號源，輻射，傳輸線。晶振是常見的一種高頻信號源，在功率譜上，晶振的各次諧波能量值會明顯高出平均值?？尚械淖龇ㄊ强刂菩盘柕姆龋д裢鈿そ拥?，對干擾信號進行屏蔽，采用特殊的濾波電路及器件等。

需要特別說明的是蛇形走線，因為應用場合不同其作用也不同，在電腦的主板中用在一些時鐘信號上，如PCICIK、AGPCIK，它的作用有兩點：

1)阻抗匹配；

2)濾波電感。

對一些重要信號，如INTELHUB架構中的HUBLink一共13根，頻率可達233MHz，要求必須嚴格等長，以消除時滯造成的隱患，這時，蛇形走線是唯一的解決辦法。一般來講，蛇形走線的線距等于或大于2倍的線寬；若在普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機天線的電感線圈等。

3.5 PCB板調整完善

完成布線后，要做的就是對文字、個別元件、走線做些調整以及敷銅(不宜太早，否則會影響速度，又給布線帶來麻煩)，同樣是為了便于進行生產、調試、維修。

敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，可以鋪GND的銅箔，也可以鋪VCC的銅箔(但這樣一旦短路容易燒毀器件，最好接地，除非不得已用來加大電源的導通面積，以承受較大的電流才接VCC)。包地則通常指用兩根地線(TRAC)包住一撮有特殊要求的信號線，防止它被別人干擾或干擾別人。

3.6 PCB板檢查與核對網絡

設計者有時候會因為誤操作或疏忽造成所畫的板子的網絡關系與原理圖不同，這時檢察核對是很有必要的；首先應先核對，再進行后續(xù)工作，如圖4。

完成以上工作后，還可進行軟件仿真；特別是高頻數字電路，這樣可以提前發(fā)現問題，減少調試工作量。

4.結束語

最強大的功能體現在印制電路板的設計上，本文著重介紹了印制電路板的設計及存在的問題探討并在分析的基礎上給予了解決。希望能給設計者很好的幫助，如能依據上述程序，一定會起到事半功倍的效果。

[1]王延才.電路線路CAD Protel 99 SE[M].北京:機械工業(yè)出版社(2版),2007.

[2]宗榮芳.基于Protel DXP的電路仿真設計[J].電子工程師,2005,31(1):40-41,47.

[3]張金美等.基于Protel 99 SE的模擬電路的仿真分析與設計[J].信息化研究,2010(3).

[4]武朝華等.基于Protel 99 SE的模擬電路仿真分析[J].科技信息(學術版),2007,29．

李威（1983—），安徽靈璧人，裝甲兵學院作戰(zhàn)實驗中心教員，主要從事電子信息工程的教學與研究工作。

趙婷婷（1982—），女，安徽固鎮(zhèn)人，安徽省固鎮(zhèn)一中教師，主要從事中學物理教學及電子信息工程的研究。

王宗祥（1970—），安徽全椒人，裝甲兵學院作戰(zhàn)實驗中心教員，主要從事單片機、微機測控技術的軟、硬件設計及教學工作。