基于Protel 2004的PCB設(shè)計(jì)

　　摘 要： Protel是Altium 公司推出的電路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者繪制原理圖后， 緊接著是設(shè)計(jì)印制電路板，簡(jiǎn)稱PCB。PCB設(shè)計(jì)一般按照規(guī)劃電路板、裝載元器件封裝庫及網(wǎng)絡(luò)表、元器件的布局、布線等步驟進(jìn)行。本文通過對(duì)整個(gè)PCB設(shè)計(jì)過程的探討，為正確高效地設(shè)計(jì)印制電路板提供了有效的途徑。
　　關(guān)鍵詞： Protel PCB設(shè)計(jì) 有效 途徑
　　1.引言
　　Protel 2004是Altium公司推出的電路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是potel系列軟件在Windows XP平臺(tái)的產(chǎn)品。Protel 2004除具有先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能，深受電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的喜愛。電路設(shè)計(jì)的目的就是要制作出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品最終是通過印制電路板來實(shí)現(xiàn)的，所以在電路的原理圖設(shè)計(jì)完成后，接著就是印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)，而PCB板的質(zhì)量直接影響著電子產(chǎn)品的性能。本文以Protel 2004為設(shè)計(jì)工具，探討PCB設(shè)計(jì)中的基本原則及技巧，為能正確、高效地設(shè)計(jì)PCB板提供了有效的途徑。
　　2.創(chuàng)建PCB文件
　　2.1 PCB向?qū)?br/>　　在Files（文件）面板的底部，展開New from template欄，后選擇PCB Board Wizard菜單命令啟動(dòng)PCB創(chuàng)建向?qū)?，依?jù)PCB創(chuàng)建向?qū)У奶崾据斎胍O(shè)計(jì)的PCB板的尺寸、需要的層數(shù)、過孔風(fēng)格、形狀等。新建好的PCB文檔自動(dòng)加在Project中的PCB下，并使用默認(rèn)名字PCB1.PCBDOC。需要注意的是設(shè)計(jì)的原理圖文件和PCB文件必須在同一個(gè)項(xiàng)目文件下，否則不能加載元件庫等操作。
　　2.2手工法
　　如果用手工法建立新的PCB文件，則執(zhí)行菜單File＼New＼PCB命令。這時(shí)在項(xiàng)目中的PCB的目錄下添加一個(gè)新PCB文件默認(rèn)名字為PCB1.PCBDOC，并在工作區(qū)窗口打開它。在Projects面板上，選中該文件單擊右鍵，從快捷菜單中選擇Save as即可對(duì)新創(chuàng)建的文件需重新命名。
　　3.規(guī)劃PCB
　　手工法創(chuàng)建的PCB文件都需要自己規(guī)劃PCB板。
　　3.1確定工作層
　　Protel 2004共可進(jìn)行74個(gè)板層設(shè)計(jì)，包含32層Signal（信號(hào)走線層）；16層Mechanical（機(jī)械層）；16層Internal Plane（內(nèi)層電源層）；2層Solder Mask（防焊層）；2層Paste Mask（錫膏層）；2層Silkscreen（絲印層）；2層鉆孔層（鉆孔引導(dǎo)和鉆孔沖壓）；1層Keep Out -Layer（禁止布線層）；1層Multi-Layer（橫跨所有的信號(hào)板層）。布線得層數(shù)層用得越多，PCB的價(jià)格就越高。
　　執(zhí)行菜單命令Design（設(shè)計(jì)）＼Board Layers（層堆棧管理器），在打開的對(duì)話框中可以對(duì)各層的屬性、顏色等進(jìn)行修改。
　　3.2定義PCB形狀及尺寸
　　PCB板有兩個(gè)邊界：一個(gè)是物理邊界首先規(guī)劃電路板的物理邊界，是對(duì)電路板機(jī)械定義的具體要求。我們一般在機(jī)械層（Mechanical1）來畫物理邊框。另外一個(gè)是電氣邊界。電氣邊界是用來限定元件布線和放置的范圍，它是通過在禁止布線層（Keep Out Layer）對(duì)電氣邊界的繪制。
　　印制電路板尺寸要適當(dāng)，尺寸太大，線條長，抗噪能力下降；尺寸太小，散熱不好，且臨近的導(dǎo)線、器件之間容易互相干擾。為了不讓PCB板外邊框和連元件離得太近，電氣邊界距和物理邊界之間要有一定的間距。
　　4.加載PCB元件封裝庫
　　加載PCB元件封裝庫可以有兩種辦法：（1）可以單擊原理圖編輯器中的設(shè)計(jì)（Design）選擇update PCB....命令，直接裝載網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝。（2）可以在PCB編輯器中單擊設(shè)計(jì)（Design）選擇update Schematics命令對(duì)網(wǎng)絡(luò)表和元件的裝載及更新。
　　對(duì)于封裝庫中沒有或有特殊需要的元件，就必須自己制作。和制作元件類似，執(zhí)行菜單File（文件）＼New（創(chuàng)建）＼PCB Library，進(jìn)入PCB庫文件編輯器就可對(duì)所需要的封裝庫進(jìn)行制作。
　　5.元器件的布局
　　元器件的布局在PCB板的制作中是一個(gè)重要步驟，布線的難易、最終產(chǎn)品的電氣性能強(qiáng)弱在很大程度上取決于元件布局的質(zhì)量高低。
　　5.1放置順序
　　首先，放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件，如開關(guān)、插座、指示燈、發(fā)光二極管等元件；其次，對(duì)一些體積較大的元器件和特殊元件進(jìn)行放置，如變壓器、IC、發(fā)熱元件等；最后放置較小的器件，如電阻、電容等。
　　5.2布局
　　Protel DXP提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布局功能，執(zhí)行命令Tools（工具）＼Auto Placement（放置元件）＼Auto Placer（自動(dòng)布局），在Auto Place對(duì)話框中選擇自動(dòng)布局器。
　　Protel 2004 PCB編輯器提供兩種自動(dòng)布局工具：Cluster Placer自動(dòng)布局器。這種布局方式適用于少于100個(gè)元件的情況；Global Placer自動(dòng)元件布局器使用適用于更多元件數(shù)量的圖板。自動(dòng)布局比較方便，但生成的板并不是最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，仍然需要手工調(diào)整達(dá)到預(yù)期效果。
　　5.3布局注意事項(xiàng)
　　在進(jìn)行PCB元件布局時(shí)，應(yīng)考慮以下方面。
　?。?）按電路模塊進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個(gè)模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時(shí)數(shù)字電路和模擬電路分開。
　　（2）定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍1.27mm內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm（對(duì)于M2.5）、4mm（對(duì)于M3）內(nèi)不得貼裝元器件。
　?。?）臥裝電阻、電感（插件）、電解電容等元件的下方避免布過孔，以免波峰焊后過孔與元件殼體短路。
　?。?）元器件的外側(cè)距板邊的距離為5mm。
　?。?）貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm。
　?。?）金屬殼體元器件和金屬件（屏蔽盒等）不能與其他元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其他方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于3mm。
　　（7）發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件；高熱器件要均衡分布。
　?。?）電源插座要盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其他焊接連接器布置在連接器之間，以利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計(jì)和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔。
　　（9）其他元器件的布置：所有IC元件單邊對(duì)齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個(gè)方向，出現(xiàn)兩個(gè)方向時(shí)，兩個(gè)方向互相垂直。
　　（10）板面布線應(yīng)疏密得當(dāng)，當(dāng)疏密差別太大時(shí)應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil（或0.2mm）。
　?。?1）貼片焊盤上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。重要信號(hào)線不準(zhǔn)從插座腳間穿過。
　　（12）貼片單邊對(duì)齊，字符方向一致，封裝方向一致。
　　（13）有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致。
　　7.布線
　　布線是將預(yù)拉線轉(zhuǎn)換為電氣連接的過程，這些電氣連接包括：連線、過孔、焊盤、弧線、填充、多邊形覆銅和電源層等。Potel 2004提供了手工布線和自動(dòng)布線兩種。
　　7.1布線方法
　　由于電子產(chǎn)品越來越精密，隨之而來PCB板的設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜，因此對(duì)一些有特殊要求的連線要進(jìn)行預(yù)先手工布線。自動(dòng)布線與交互式布線相結(jié)合可以很好地提高布線成功率和效率。自動(dòng)布線是為手工調(diào)整提供參考，如果自動(dòng)布線能夠達(dá)90%以上，就說明元件的布局基本合理，手工修改只需要調(diào)整少量元件走線，調(diào)整走線也不會(huì)有太多的障礙。
　　7.2布線注意事項(xiàng)
　　（1）畫定布線區(qū)域距PCB板邊≤1mm的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍1mm內(nèi)，禁止布線。
　?。?）電源線盡可能的寬，不應(yīng)低于18mil；信號(hào)線寬不應(yīng)低于12mil；cpu入出線不應(yīng)低于10mil（或8mil）；線間距不低于10mil。
　?。?）正常過孔不低于30mil。
　?。?）雙列直插：焊盤60mil，孔徑40mil；1/4W電阻：51*55mil（0805表貼）；直插時(shí)焊盤62mil，孔徑42mil；無極電容：51*55mil（0805表貼）；直插時(shí)焊盤50mil，孔徑28mil。
　?。?）注意電源線與地線應(yīng)盡可能呈放射狀，以及信號(hào)線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。
　?。?）注意印刷線板與元器件的高頻特性：在高頻情況下，印刷線路板上的引線，過孔，電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略，電感的分布電容不可忽略。
　?。?）處理好接地線：印刷電路板上，電源線和地線最重要?？朔姶鸥蓴_，最主要的手段就是接地。對(duì)于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個(gè)接點(diǎn)，地一個(gè)接點(diǎn)。
　　8.建立PCB生產(chǎn)文件
　　在PCB板的設(shè)計(jì)完成之后，通過選擇菜單（Project＼Output jobs）命令，可進(jìn)行打印或板的生產(chǎn)、裝配，直至完成成品的各種輸出設(shè)置。
　　9.結(jié)語
　　PCB的最終體現(xiàn)的是電子元器件，也是電子元器件電氣連接的提供者，幾乎所有的電子產(chǎn)品都離不開印制電路板。隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，Protel DXP 2004會(huì)成為設(shè)置印刷電路板的一個(gè)好幫手，但是要設(shè)計(jì)出一塊優(yōu)良的PCB板，還需要不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)踐，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
　　參考文獻(xiàn)：
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