《印刷电路板设计的概念》-课件.ppt

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印刷电路板印刷电路板PCB（PrintPCB（PrintCircuitBoard）CircuitBoard）设计设计印刷电路板的设计步骤印刷电路板的设计步骤设计印设计印刷刷电路板的大致步骤可以用下电路板的大致步骤可以用下面的流程图来表示。

面的流程图来表示。

印制电路板的设计步骤PCBPCB基本基本概念概念有关电路板的几个基本概念有关电路板的几个基本概念铜铜膜膜线线：

简简称称导导线线，是是敷敷铜铜经经腐腐蚀蚀后后形形成成的的用用于于连连接接各各个个焊焊点点的的导导线线。

印印刷刷电电路路板板的的设设计计都都是是围绕如何布置导线来完成的。

围绕如何布置导线来完成的。

元件封装元件封装

（1）、元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外、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。

观和焊点位置。

（2）、元件封装只是元件的外观和焊点位置，纯粹的元件、元件封装只是元件的外观和焊点位置，纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此不同的元件可以共用同一个封装仅仅是空间的概念，因此不同的元件可以共用同一个元件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装，如元件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装，如RES2代表电阻，它的封装形式有代表电阻，它的封装形式有AXAIL0.3、AXAIL0.4、AXAIL0.6等等，所以在取用焊接元件时，不仅要知道等等，所以在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称还要知道元件的封装。

元件名称还要知道元件的封装。

（3）、元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以、元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以在在PCB编辑器引进网络表时指定。

编辑器引进网络表时指定。

（4）、元件封装的编号、元件封装的编号:

元件类型元件类型+焊点距离（焊点数）焊点距离（焊点数）+外形尺寸外形尺寸常用元件的封装常用元件的封装电阻类及无极性双端元件：

电阻类及无极性双端元件：

AXIAL0.3AXIAL1.0无极性电容：

无极性电容：

RAD0.1RAD0.4有极性电容有极性电容：

RB.2/.4RB.5/1.0二极管二极管：

DIODE0.4及及DIODE0.7石英晶体振荡器：

石英晶体振荡器：

XTAL1晶体管：

晶体管：

TO-xxx（TO-3,TO-5）可变电阻：

可变电阻：

VR1VR5双列直插集成块：

双列直插集成块：

DIP-8DIP-40,其中其中840指有多指有多少脚，脚的就是少脚，脚的就是DIP8。

单列直插集成块：

SIPx，x表示引脚数。

表示引脚数。

飞飞线线：

用用来来表表示示连连接接关关系系的的线线。

它它只只表表示示焊焊盘盘之之间间有有连连接接关关系系，是是一一种种形形式式上上的的连连接接，并并不不具具备备实实质质性性的的电电气气连连接接关关系系。

飞飞线线在在手手工工布布线线时时可可起起引引导导作作用用，从从而而方方便便手手工工布布线线。

飞飞线线是是在在引引入入网网络络表表后后生生成成的的，而而飞飞线线所所指指的的焊焊盘盘间间一一旦旦完完成成实实质质性性的的电电气气连连接接，则则飞飞线线自自动动消消失失。

当当同同一一网网络络中中，部部分分电电气气连连接接断断开开导导致致网网络络不不能能完完全全连连通通时时，系系统统就就又又会会自自动动产产生生飞飞线线提提示示电电路路不不通通。

利利用用飞飞线线的的这这一一特特点点，可可以以根根据据电电路路板板中中有有无无飞飞线来大致判断电路板是否已完成布线。

线来大致判断电路板是否已完成布线。

飞线示意图焊焊盘盘（Pad）的的作作用用是是放放置置、连连接接导导线线和元件引脚。

和元件引脚。

过过孔孔（Via）的的主主要要作作用用是是实实现现不不同同板板层层间的电气连接。

过孔主要有间的电气连接。

过孔主要有3种。

种。

穿穿透透式式过过孔孔（Through）：

从从顶顶层层一一直直打到底层的过孔。

打到底层的过孔。

半半盲盲孔孔（Blind）：

从从顶顶层层遇遇到到某某个个中中间间层层的的过过孔孔，或或者者是是从从某某个个中中间间层层通通到到底底层的过孔。

层的过孔。

盲盲孔孔（Buried）：

只只在在中中间间层层之之间间导导通，而没有穿透到顶层或底层的过孔。

通，而没有穿透到顶层或底层的过孔。

电路板结构示意图单单面面板板：

电电路路板板一一面面敷敷铜铜（焊焊接接面面），另另一一面面没没有有敷敷铜铜，敷敷铜铜的的一一面面用用来来布布线线及及焊焊接接，另另一一面面放放置置元元件件（元元件件面面）。

单单面面板板成成本本低低，但只适用于比较简单的电路设计。

但只适用于比较简单的电路设计。

双双面面板板：

电电路路板板的的两两面面都都敷敷铜铜，所所以以两两面面都都可可以以布布线线和和放放置置元元件件，顶顶面面（元元件件面面）和和底底面面（焊焊接接面面）之之间间的的电电气气连连接接是是靠靠过过孔孔实实现现的的。

由由于于两两面面都都可可以以布布线线，所所以以双双面面板板适适合设计比较复杂的电路，应用也最为广泛。

合设计比较复杂的电路，应用也最为广泛。

多层板：

不但可以在电路板的顶层和底层布不但可以在电路板的顶层和底层布线，还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线，还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面。

用多层板可以设计更加复线的中间工作层面。

用多层板可以设计更加复杂的电路。

杂的电路。

长度单位及换算：

AltiumDesigner的的PCB编辑器支持英制（编辑器支持英制（mil）和公制（和公制（mm）两种长两种长度计量单位。

它们的换算关系是：

度计量单位。

它们的换算关系是：

100mils=2.54mm（其中其中1000mils=1Inches）。

）。

执执行行菜菜单单命命令令【View】/【ToggleUnits】就就能能实实现现这这两两种种单单位位之之间间的的相相互互转转换换。

也也可可以以按按快快捷捷键键Q进进行行转转换换。

转转换换后后工工作作区区坐坐标标的的单单位位和和其其他他长长度度信信息息的的单单位位都都会会转转换为换为mm（或（或mil）。

安全间距：

进行印刷电路板的设计时，进行印刷电路板的设计时，为了避免导线、过孔、焊点及元件的相互为了避免导线、过孔、焊点及元件的相互干扰，必须使它们之间留出一定的距离，干扰，必须使它们之间留出一定的距离，这个距离称之为安全间距（这个距离称之为安全间距（Clearance）。

）。

工作层面的类型工作层面的类型AltiumDesigner提供了若干不同类型的工作层面，包括提供了若干不同类型的工作层面，包括:

32个个信信号号层层（Signallayers）,主主要要包包括括（Toplayer）、（Bottomlayer）、（Midlayer1）（Midlayer30）。

16个个内内部部电电源源层层/接接地地层层（Internalplanelayers），分分别别为为（InternalPlane1）（InternalPlane16）。

16个个机机械械层层（Mechanicallayers），分分别别为为（Mechnical1）（Mechanical16）。

2个阻焊层：

分别是顶层（个阻焊层：

分别是顶层（TopSolder）、底层（、底层（BottomSolder）。

2个助焊层：

分别是顶层（个助焊层：

分别是顶层（TopPaste）、底层（、底层（BottomPaste）。

2个个丝丝印印层层:

分分别别是是顶顶层层（TopOverlay）、底底层层（BottomOverlay）。

其其他他工工作作层层面面（Others）钻钻孔孔引引导导层层（DrillGuide）、钻钻孔孔视视图图层层（DrillDrawing）、禁禁止止布布线线层层（Keep-OutLayer）、多多层层（Multi-Layer）电路板的层面下面介绍各工作层面的功能。

下面介绍各工作层面的功能。

1信号层（信号层（Signallayers）信号层主要是用来放置元件（顶层和信号层主要是用来放置元件（顶层和底层）和导线的。

底层）和导线的。

2内部电源内部电源/接地层（接地层（Internalplanelayers）内部电源内部电源/接地层主要用来放置电源接地层主要用来放置电源线或地线。

线或地线。

3机械层机械层（Mechanicallayers）机械层一般用于放置有关制板和装配方法的机械层一般用于放置有关制板和装配方法的信息。

信息。

例如标示例如标示PCB板的尺寸、边界标志等。

板的尺寸、边界标志等。

4阻焊层阻焊层（Soldermasklayers）阻焊层有阻焊层有2个个TopSolder（顶层阻焊层）和（顶层阻焊层）和BottomSolder（底层阻焊层），用于在设计过程底层阻焊层），用于在设计过程中匹配焊盘，防止焊锡走到不该焊接的位置，并中匹配焊盘，防止焊锡走到不该焊接的位置，并且是自动产生的。

且是自动产生的。

5助焊层助焊层（Pastemasklayers）助焊层用于将助焊层用于将SMDSMD元件贴到电路板上。

元件贴到电路板上。

是涂于是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。

子上比焊盘略大的各浅色圆斑。

6丝印层（丝印层（Silkscreenlayers）为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。

不少初学者设计丝印层的有关内容生产日期等等。

不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的制出的PCB效果。

他们设计的印板上，字符不是被效果。

他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。

正确的丝印层字符布置装配和维修带来很大不便。

正确的丝印层字符布置原则是：

原则是：

”不出歧义，见缝插针，美观大方不出歧义，见缝插针，美观大方”。

7钻孔层（钻孔层（Drilllayer）钻钻孔孔层层主主要要是是为为制制造造电电路路板板提提供供钻钻孔孔信信息息，该该层层是是自自动动计计算算的的。

AltiumDesign提提供供Drillguide和和Drilldrawing两个钻孔层。

两个钻孔层。

8禁止布线层禁止布线层（KeepOutLayer）禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。

禁止布线层用于定义放置元件和布线区域的。

9多层（多层（Multilayers）多层代表信号层，任何放置在多层上的元件多层代表信号层，任何放置在多层上的元件会自动添加到所在信号层上，所以可以通过多层，会自动添加到所在信号层上，所以可以通过多层，将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。

将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。

其他层（其他层（其他层（其他层（OtherOtherOtherOther）：

是仅供显示的层面，不参与电路板的实际）：

是仅供显示的层面，不参与电路板的实际制造。

这些层面包括：

制造。

这些层面包括：

制造。

这些层面包括：

制造。

这些层面包括：

10101010DRCDRCDRCDRC错误层（错误层（错误层（错误层（DRCErrorsDRCErrorsDRCErrorsDRCErrors）用于显示违反设计规则检查的）用于显示违反设计规则检查的）用于显示违反设计规则检查的）用于显示违反设计规则检查的信息。

信息。

11111111连接层（连接层（连接层（连接层（ConnectionConnectionConnectionConnection）该层用于显示元件、焊盘和过孔等）该层用于显示元件、焊盘和过孔等）该层用于显示元件、焊盘和过孔等）该层用于显示元件、焊盘和过孔等对象之间的内部电气连线。

对象之间的内部电气连线。

12.12.12.12.可视栅格层（可视栅格层（可视栅格层（可视栅格层（VisibleGrid）VisibleGrid）VisibleGrid）VisibleGrid）用于显示栅格、包括用于显示栅格、包括用于显示栅格、包括用于显示栅格、包括Visiable1Visiable1Visiable1Visiable1和和和和Visialbe2Visialbe2Visialbe2Visialbe2两个层面。

两个层面。

13.13.13.13.焊盘层（焊盘层（焊盘层（焊盘层（PadHoles）PadHoles）PadHoles）PadHoles）用来显示用来显示用来显示用来显示PadPadPadPad孔。

孔。

14.14.14.14.过孔层（过孔层（过孔层（过孔层（ViaHoles）ViaHoles）ViaHoles）ViaHoles）用来显示用来显示用来显示用来显示ViaViaViaVia孔。

孔。

6.3创建创建PCB图文件图文件新建一个新建一个PCB图文件可以进入设计文图文件可以进入设计文件夹件夹“【Document】”，执行菜单命令执行菜单命令【File】/【New】或在工作区内单击鼠标右或在工作区内单击鼠标右键，选择键，选择【New】选项，会弹出如图选项，会弹出如图6-2所所示的选择文件类型的对话框。

示的选择文件类型的对话框。

6-2新建文件对话框双击该对话框中的双击该对话框中的【PCBDocument】图标，即可创建一个新的印制板电路图文件，图标，即可创建一个新的印制板电路图文件，默认的文件名为默认的文件名为“PCB1.PCB”。

在工作窗口在工作窗口中该文件的图标上单击、或在设计浏览器中中该文件的图标上单击、或在设计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键，即可进入该文件的文件名上双击鼠标左键，即可进入如图如图6-3所示的印制电路板编辑器。

所示的印制电路板编辑器。

6-3PCB编辑器工作界面6.4装载元件库装载元件库在在图图6-3浏浏览览器器的的组组合合框框中中先先选选择择【Browspcb】，再再选选择择库库【Libraries】，如如图图6-4所所示。

示。

用鼠标左键单击用鼠标左键单击【Add/Remove】按钮，按钮，将出现如图将出现如图6-56-5所示的关于引入库文件的对话所示的关于引入库文件的对话框。

框。

6-4元件库装载选择框元件库装载选择框6-5引入库文件的对话框引入库文件的对话框设置方法可以执行菜单命令设置方法可以执行菜单命令【Design】/【Option】，出现出现【DocumentOption】对话框，选择其中的对话框，选择其中的【Layers】标签即标签即可进入工作层面设置对话框，如图可进入工作层面设置对话框，如图6-66-6所所示。

示。

6.5设置工作层面设置工作层面6-6工作层面设置对话框工作层面设置对话框进入进入【Option】选项卡，结果如选项卡，结果如图图6-76-7所示。

在该选项卡中可对所示。

在该选项卡中可对【Grid】（栅格）、栅格）、【ElectricalGrid】（电电气栅格）、气栅格）、【Measurement】（计量单计量单位）等选项进行设定。

位）等选项进行设定。

6-7栅格设置对话框1设置信号层和内部电源设置信号层和内部电源/接地层接地层执行菜单命令执行菜单命令【Design】/【LayerStackManager】，在屏幕上弹出如图在屏幕上弹出如图6-86-8所示的工作层面管理对话框。

所示的工作层面管理对话框。

6-8工作层面管理对话框。

工作层面管理对话框。

2设置设置Mechanicallayers执执行行菜菜单单命命令令【Design】/【MechanicalLayers】，弹弹出出如如图图6-9所所示示的的机机械械层层设设置置对对话话框框，单单击击【Mechanical】复复选选框框，可可打开机械层，并可设置机械层名称等参数。

打开机械层，并可设置机械层名称等参数。

设置完信号层、内部电源设置完信号层、内部电源/接地层和接地层和机械层后，设置工作层面对话框变为如图机械层后，设置工作层面对话框变为如图6-106-10所示。

所示。

6-9机械层设置对话框机械层设置对话框6-10设置工作层面对话框设置工作层面对话框6.6规划电路板规划电路板所谓规划电路板，就是根据电路的规所谓规划电路板，就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。

需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。

电路板规划的原则是在满足公司或制造商电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下，尽量美观且便于后面的的要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。

布线工作。

首先设定当前的工作层面为首先设定当前的工作层面为【KeepOutLayer】。

单击下方的单击下方的【KeepOutLayer】标签即可将当前的工作层标签即可将当前的工作层面切换到面切换到KeepOutLayer层面，如下图所层面，如下图所示。

执行示。

执行【Place】/【line】菜单，菜单，在该层在该层面上确定电路板的电气边界位置。

面上确定电路板的电气边界位置。

Track属性对话框绘制电路板电气边界6.7装入网络表与元件规划好电路板后，接着就是要装入网规划好电路板后，接着就是要装入网络表和元件。

网络表和元件是同时装入的。

络表和元件。

网络表和元件是同时装入的。

网络表与元件的装入过程，实际上就是将网络表与元件的装入过程，实际上就是将原理图设计的数据装入印制电路板的设计原理图设计的数据装入印制电路板的设计系统系统PCB的过程。

的过程。

一一、利利用用设设计计同同步步器器装装入入网网络络表表和和元元件件的的具体操作步骤如下具体操作步骤如下:

在原理图编辑器中执行菜单命令在原理图编辑器中执行菜单命令【Design】/【UpdatePCB】，出现如图出现如图6-6-1111所示的对话框。

所示的对话框。

6-11利用设计同步器装入网络表和元件利用设计同步器装入网络表和元件预览变动情况选择所需的文件改变后的结果装入元件和网络的情况二二、利利用用原原理理图图生生成成的的网网络络表表文文件件装装入入网网络表和元件。

络表和元件。

生生成成网网络络表表的的方方法法，可可以以在在原原理理图图的的设设计计的的工工作作环环境境下下，执执行行菜菜单单命命令令【Design】/【CreateNetlist】，可可以以看看到到随随后后会会出出现网络表文件现网络表文件“*.net”。

在利用网络表文件装入网络表和元件在利用网络表文件装入网络表和元件时，可以在时，可以在PCB编辑器中执行菜单命令编辑器中执行菜单命令【Design】/【LoadNets】，出现如图出现如图6-12所示的装入网络表的对话框。

所示的装入网络表的对话框。

6-12装入网络表的对话框装入网络表的对话框按此按钮选择网络表文件对话框选择扩展名为.net的文件网络表装载进来后的对话框装入元件及网络表6.8元元件件布布局局6.8.1元件的自动布局元件的自动布局Protel99SE提供了强大的元件自动提供了强大的元件自动布局的功能，可以通过程序算法自动将元布局的功能，可以通过程序算法自动将元件分开，放置在规划好的电路板电气范围件分开，放置在规划好的电路板电气范围内。

元件自动布局的实现方法可以执行菜内。

元件自动布局的实现方法可以执行菜单命令单命令【Tppls】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer】，出现如图出现如图6-13所示的对所示的对话框。

话框。

6-13元件自动布局对话框元件自动布局对话框对话框中选项的定义如下。

对话框中选项的定义如下。

【CluserPlacer】：

成组布局方式。

【StatisticalPlacer】：

统计布局方式。

：

统计布局方式。

【QuickComponentPlacement】：

快速元件布局。

：

快速元件布局。

【GroupComponents】：

该选项的功能是将当前网络中连：

该选项的功能是将当前网络中连接密切的元件归为一组。

排列时该组的元件将作为整体考虑，接密切的元件归为一组。

排列时该组的元件将作为整体考虑，默认状态为选中。

默认状态为选中。

【RotateComponent】：

该选项的功能是根据当前网络连接：

该选项的功能是根据当前网络连接与排列的需要使元件或元件组旋转方向。

若未选中该选项则元与排列的需要使元件或元件组旋转方向。

若未选中该选项则元件将按原始位置放置。

默认状态为选中。

件将按原始位置放置。

默认状态为选中。

【PowerNets】：

电源网络名称。

这里将网络设定为：

电源网络名称。

这里将网络设定为“VCC”。

【GroundNets】：

接地网络名称。

这里将接地网络设定为：

接地网络名称。

这里将接地网络设定为“GND”。

【GridSize】：

设置元件自动布局时格点的间距大小。

：

设置元件自动布局时格点的间距大小。

完成自动布局6.8.2元件的手工布局与调整元件的手工布局与调整元件的布局要考虑以下几个方面的问题。

元件的布局要考虑以下几个方面的问题。

（1）元件布局应便于用户的操作使用。

）元件布局应便于用户的操作使用。

（2）尽量按照电路的功能布局。

）尽量按照电路的功能布局。

（3）数数字字电电路路部部分分与与模模拟拟电电路路部部分分尽尽可能分开。

可能分开。

（4）特殊元件的布局要根据不同元件）特殊元件的布局要根据不同元件的特点进行合理布局。

的特点进行合理布局。

（5）应留出电路板的安装孔和支架孔）应留出电路板的安装孔和支架孔以及其他有特殊安装要求的元件的安装以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置等。

位置等。

手工调整元件位置完成调整后的电路图6.8.3元件标注的调整元件标注的调整对对元元件件进进行行一一系系列列的的调调整整后后，元元件件的的标标注注过过于于杂杂乱乱，影影响响了了电电路路板板的的美美观观。

所所以以，需要对元件标注进行调整。

需要对元件标注进行调整。

用户可以对元件的标注进行移动、旋用户可以对元件的标注进行移动、旋转和编辑等操作。

转和编辑等操作。

6.9自自动动布布线线自动布线是指自动布线是指Protel99SE程序根据程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，按用户设定的有关布线参数和布线规则，按照一定的算法，依照网络表所指定的连接照一定的算法，依照网络表所指定的连接关系，自动在各个元件之间进行连线，从关系，自动在各个元件之间进行连线，从而完成印刷电路板的布线工作。

而完成印刷电路板的布线工作。

6.9.1网络的分类网络的分类执执行行菜菜单单命命令令【Design】/【Classes】打打开网络分类窗口，如图开网络分类窗口，如图6-13所示。

所示。

6-13网络分类窗口Net页面用于网络分类，页面用于网络分类，Component页面用于元件分类，页面用于元件分类，From-To页面用于点页面用于点到点网络的分类，到点网络的分类，Pad用于焊盘的分类。

用于焊盘的分类。

Add：

增加新的分类。

Edit：

编辑已存在的分类。

Delete：

删除已存在的分类。

Select：

按指定的分类选择电路板图中属按指定的分类选择电路板图中属于该分类的对象。

于该分类的对象。

新增网络分类编辑窗口网络分类名称过滤器过滤器网络分类成员列表框非网络分类成员列表框网络移动工具条新增的Powerclass网络分类添加了两个网络分类的网络分类窗口6.9.2设置布线规则设置布线规则在进行自动布线之前，一项非常在进行自动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定自重要的工作就是根据设计要求设定自动布线的参数。

如果参数设置不当，动布线的参数。

如果参数设置不当，可能导致自动布线失

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