protel电路设计与应用课件第四章.ppt
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1、第4章 认识印刷电路板与元件封装,项目背景 要进行PCB设计,首先要了解印刷电路板的结构、板中的各种对象及其用途,了解这些对象在Protel软件中的表示,这是进行PCB设计的基础。 项目要点 印刷电路板的结构;印刷电路板图在PCB文件中的表示;元件封装的概念;元件封装在PCB文件中的表示;元件封装库的使用。,4.1 任务一 认识印刷电路板,4.1.1 印刷电路板结构 印刷电路板简称PCB (Printed Circuit Board)。 是通过一定的制作工艺,在 绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜箔构成覆铜板,按照PCB图的要求,在覆铜板上蚀刻出相关的图形,再经钻孔等后处理制成,以供
2、元器件装配所用。,印刷电路板可按板材的不同分类,也可按结构不同分类。 印刷电路板根据结构不同可分为单面板、双面板和多层板。 单面板是只在一面覆铜的电路板,只可在覆铜的一面布线。制作成本简单,但由于只能在一面布线且不允许交叉,布线难度较大,适用于比较简单的电路。 双面板是两面覆铜,两面均可布线。制作成本低于多层板,由于可以两面布线,布线难度降低,因此是最常用的结构。,印刷电路板的分类,多层板一般指3层以上的电路板。多层板不仅两面覆铜,在电路板内部也包含铜箔,各铜箔之间通过绝缘材料隔离。多层板布线容易,而且可以把中间层专门设置为电源层和接地层,提高了抗干扰能力,减少了PCB的面积,但制作成本较高,
3、多用于电路布线密集的情况。,印刷电路板的分类,焊盘,过孔,铜膜导线其上覆盖阻焊剂,元件符号轮廓,字符,图4.1是双面板中的一面,另一面与其相似。,图4.1 印刷电路板,4.1.2 印刷电路板中的各种对象,从图4.1可看出,印刷电路板上的对象主要有: 铜膜导线:用于各导电对象之间的连接,由铜箔构成,具有导电特性。 焊盘:用于放置焊锡、连接导线和元件引脚,由铜箔构成,具有导电特性。 过孔:用于连接印刷电路板不同板层的铜膜导线,由铜箔构成,具有导电特性。 元件符号轮廓:表示元件实际所占空间大小,不具有导电特性。,图4.1描述,字符:可以是元件的标号、标注或其他需要标注的内容,不具有导电特性。 阻焊剂
4、:为防止焊接时焊锡溢出造成短路,需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置,而将铜膜导线覆盖住,不具有导电特性。,图4.1描述,样品,印刷电路板上的各种对象在Protel软件中都有表 示,本节只介绍一些主要对象的表示方法。,4.2.1 工作层 工作层是PCB设计中一个非常重要的概念。在Protel软件中,主要以工作层表示印刷电路板中的不同对象。,4.2 任务二 印刷电路板图在Protel软件中的表示,1信号层(Signal Layer) 用于表示铜膜导线所在的层面。包括顶层Top Layer、底层Bottom Layer和30个中间层MidLayer。 2内部电源/接地层(Inter
5、nal plane Layer) 共16个内部电源/接地层。用于在多层板中布置电源线和接地线。,工作层,3机械层(Mechanical Layer) 共16个机械层。用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其他机械信息。这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同。 4阻焊层(Solder mask Layer) 用于表示阻焊剂的涂覆位置。包括顶层阻焊层Top Paste和底层阻焊层Bottom Paste。,工作层,5丝印层(Silkscreen Layer) 用于放置元件符号轮廓、元件标注、标号以及各种字符等印制信息。包括顶层丝印层Top Overlay和底层丝印层
6、Bottom Overlay。 6多层(Multi Layer) 用于显示焊盘和过孔。 7禁止布线层(Keep out Layer) 用于定义在电路板上能够有效放置元件和布线的区域,主要用于PCB设计中的自动布局和自动布线。,工作层,图4.2 顶层Top Layer的布线,顶层Top Layer的布线,各种工作层通过PCB编辑器下方的工作层标签显示(如图4.2图4.6所示),标签在最上面的表示当前层。,图4.3 底层Bottom Layer的布线,底层Bottom Layer布线,图7.4 顶层丝印层Top Overlay,顶层丝印层,图7.5 底层丝印层Bottom Overlay,底层丝印
7、层Bottom Overlay,图7.5中的字符是反的,这是因为PCB编辑器中的图形都是从顶层方向看去的,底层的所有图形包括字符都是从顶层透视的结果。,图7.6 多层显示的焊盘与过孔,多层显示的焊盘与过孔,1铜膜导线(Track) 铜膜导线Track必须绘制在信号层。即顶层Top Layer、底层Bottom Layer和中间层MidLayer。 2焊盘(Pad) 焊盘Pad分为两类,针脚式和表面粘贴式,分别对应具有针脚式引脚的元件和表贴式元件。,4.2.2 铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示,图7.7 针脚式焊盘尺寸,图7.9 表面粘贴式焊盘,圆形焊盘 方形焊盘 八角形焊盘,焊盘,过孔Via
8、也称为导孔。过孔分为三种。即从顶层到底层的穿透式过孔、从顶层到内层或从内层到底层的盲过孔和层间的隐藏过孔。,一般过孔的孔壁需要镀铜称为电镀,用于连接不同板层的导线。,3过孔(Via),图4.10 穿透式过孔,图4.11 盲过孔,字符必须写在顶层丝印层Top Overlay和底层丝印层Bottom Overlay,切不可写在信号层。 5安全间距(Clearance) 进行印刷电路板图设计时,为了避免导线、过孔、焊盘及元件间的相互干扰,必须在它们之间留出一定间隙,即安全间距如图4.12所示。,图4.12 安全间距,4字符(String),4.3 任务三 认识元件封装,4.3.1 元件封装 1元件封
9、装的概念 电路原理图中使用的是元件的电气符号,PCB设计中使用的是元件的封装。 元件封装是指实际的电子元器件焊接到电路板时所指示的轮廓和焊点的位置,它保证了元件引脚与电路板上的焊盘一致。,元件封装实际上只是一个空间的概念,不同的元件可以有相同的封装,同一个元件也可以有不同的封装,所以在进行PCB设计时,其元件封装必须以实际元件为准。,根据焊接方式不同,元件封装可分为两大类:针脚式和表面粘贴式。 针脚式元件封装:焊接时需先将元件的引脚插入焊盘通孔中再焊锡,如图4.13中的(a)图。,2元件封装分类,图4.13 元件封装的分类 (a)针脚式元件,表贴式元件封装:此类封装的焊盘只限于表层,即顶层To
10、p Layer和底层Bottom Layer,中间无孔,如图4.13中的(b)图。,图4.13 元件封装的分类 (b)表面粘贴式元件,元件封装分类,元件封装的编号规则一般为元件类型+焊盘距离(或焊盘数)+元件外形尺寸。如AXIAL0.4表示该元件封装为轴状,两个管脚焊盘的间距为0.4英寸(400mil);RB.2/.4表示极性电容类元件封装,两个管脚焊盘的间距为0.2英寸(200mil),元件封装符号直径为0.4英寸(400mil);DIP14表示双列直插式元件封装,两列共14个引脚。,3元件封装编号,1电容类封装,电容可分为无极性和有极性电容,图4.14是无极性电容封装RAD0.1,图4.1
11、5是有极性电容封装RB.2/.4。,图4.15 有极性电容封装,4.3.2 常用元件封装,图4.14 无极性电容封装,电阻类常用的封装为AXIAL系列,图4.16是电阻封装AXIAL0.4。,3晶体管类封装 图4.17为小功率三极管封装TO-92A。,图4.16 电阻封装,图4.17 小功率三极管封装,2电阻类封装,4二极管类封装,图4.18为二极管封装DIODE0.4,其中带有标志的一端为二极管负极。,图4.18 二极管封装,图4.19 双列直插式封装DIP14,集成电路封装有针脚式元件的双列直插式(DIP系列)和单列直插式(SIP系列)封装,表贴式元件封装SO系列。,5集成电路封装,图4.
12、21 表贴式元件封装SO-14,图4.20 单列直插式封装 SIP8,在Protel99 SE中提供了大量元件封装,这些元件封装都分门别类地存放在不同的元件封装库中。 元件封装库的存放路径是C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcb 在Pcb文件夹下包含3个文件夹,其中: Connectors文件夹:主要存放各种连接件的元件封装库; Generic Footprints文件夹:存放各种常用的元件封装库; IPC Footprints文件夹:存放各种表贴式元件封装库。 元件封装库的扩展名是.ddb。,4.3.3 元件封装库,在以上3个文件夹下,分
13、别存放着多个扩展名为.ddb的元件封装库。 最常用的是Generic Footprints文件夹下的Advpcb.ddb,该元件库中存放了大多数常用元件封装。,Connectors、 Generic Footprints 、 IPC Footprints,自动布局与自动布线的基本步骤,项目背景 利用PCB编辑器的自动布局、自动布线功能可以方便地将原理图转换为印刷电路板图,本章主要介绍自动布局、自动布线的基本步骤以及转换前对原理图的要求。 项目要点 对原理图的要求;根据原理图产生网络表文件;新建、打开PCB文件;创建机械层;自动布局和自动布线的基本步骤;单面板与双面板的设置;原理图元件符号和PC
14、B元件封装引脚的对应问题。,要求: 绘制图4.4所示原理图,利用自动布局、自动布线方法将其转换为双面印刷电路板图。 电路板尺寸:宽2000mil,高1200mil。,图4.4 可控多谐振荡器电路,4.4 任务一 学习自动布局与自动布线的基本步骤,表4.4 可控多谐振荡器电路元件属性列表,表4.4 可控多谐振荡器电路元件属性列表,要顺利地将原理图转换为印刷电路板图,关键是正确绘制原理图。 对原理图的要求是:所有元件都要有标号且不能重复、所有元件都要有元件封装、所有电气对象之间都要使用导线规范正确的连接。,4.4.1 4.4.11即为自动布局和自动布线的操作顺序和操作步骤。,原理图转换为印刷电路板
15、图,。,。,网络表文件是表示电路原理图或印刷电路板图元件连接关系的文本文件,是原理图设计软件Advanced Schematic和印刷电路板图设计软件PCB的接口。 网络表文件的主文件名与电路图的主文件名相同,扩展名为.NET。 在原理图编辑器中执行菜单命令 Design Create Netlist,系统弹出Netlist Creation网络表设置对话框,如图4.5所示,。,。,4.4.1 根据原理图产生网络表文件,图4.5 Netlist Creation网络表设置对话框,Output Format:设置生成网络表的格式。本例选择Protel。 Net Identifier Scope:
16、设置项目电路图网络标识符的作用范围,本项设置只对层次原理图有效。 Sheets to Netlist:设置生成网络表的电路图范围。,在图4.5中,Active Sheet:只对当前打开的电路图文件产生网络表。 Active Project:对当前打开电路图所在的整个项目产生网络表。 Active Sheet Plus Sub Sheets:对当前打开的电路图及其子电路图产生网络表。 对于单张原理图,选择第一项即可。,在图4.5中,图8.3为产生的网络表文件,图8.3中以“ ”开始,以“ ”结束的内容是元件描述如U2。 元件声明开始 U2 元件标号 DIP14 元件封装 74LS32 元件标注
17、元件声明结束,图8.3 网络表文件,图8.3中以“(”开始,以“)”结束的内容是网络连接描述如GND。 ( 网络定义开始 GND 网络名称 U1-7 网络中的第一个端点为U1的第7引脚 U2-7 网络中的第二个端点为U2的第7引脚 ) 网络定义结束,所有网络连接都有描述。网络描述中的网络名称,除用户自己定义的以外,其余都是系统自动设置的。,所有元件都有描述,按照1.4.1介绍的操作步骤,调出图1.7新建文件对话框,从中选择PCB Document图标,单击【ok】,即建立了PCB文件,双击文件图标将其打开。 新建的PCB文件画面非常小,需按两至三下【Page Up】键才好进行下面的操作,图8.
18、4所示为PCB编辑器画面。,4.4.2 新建PCB文件,图8.4 PCB编辑器界面,PCB编辑器界面,1设置当前原点 在PCB编辑器中,系统已定义了一个坐标系,该坐标系的原点称为绝对原点,位置在设计窗口的左下角。 为绘图方便,用户可自行定义坐标系,该坐标系的原点称为相对原点,或称当前原点。,4.4.3 设置当前原点和绘制物理边界,如果无坐标值显示,可执行菜单命令View Status Bar。,操作步骤:执行菜单命令Edit Origin Set或在Placement Tools工具栏中单击 图标,用十字光标在左下角的某一位置单击左键,则此点变为当前原点。当光标放置在原点位置时,屏幕左下角的坐
19、标值为0,0。,设置当前原点,执行菜单命令Tools Preferences 在Preferences对话框中选择Display选项卡 选中Origin Marker复选框,单击【ok】即可。,2显示坐标原点标志,对于双面电路板应有以下工作层: 顶层Top Layer:放置元件、布线 底层Bottom Layer:放置元件、布线 机械层Mechanical Layer:绘制电路板的物理边界 顶层丝印层Top Overlay:显示元件轮廓和标注字符 多层Multi Layer:显示焊盘 禁止布线层Keep Out Layer:绘制电路板的电气边界,3确定电路板工作层,执行菜单命令Design M
20、echanical Layers,在弹出的Setup Mechanical Layers对话框中选择Mechanical 4,按照图8.5(a)所示设置,单击【ok】。 图8.5(a)中: Visible:是否可见,选中表示该层可见 Display in Single Layer Mode:是否在单层显示时与其他层同时显示,4创建机械层,(a)设置机械层对话框,创建Mechanical 4后单击屏幕下方的工作层标签进行更新,则Mechanical 4标签显示出来。,(b)设置机械层Mechanical 4为当前层,设置机械层,图8.5 机械层的设置,单击Mechanical 4工作层标签,将M
21、echanical 4设置为当前层,如图8.5(b) 所示 单击Placement Tools工具栏中的 图标,以当前原点为起点,按尺寸要求绘制物理边界(宽2000mil,高1200mil),如图8.6所示。 如果使用鼠标画线,在拐弯处单击两下左键;如果使用键盘中的箭头键画线,在拐弯处按两下回车键,建议使用键盘画线。,使用键盘上的箭头键划线时,按住【Shift】+【箭头键】可提高划线的速度。,5在机械层绘制电路板物理边界,物理边界(内侧) 电气边界(外侧),操作步骤:单击KeepOutlayer工作层标签,将KeepOutlayer设置为当前层,按照绘制物理边界的方法绘制电气边界,如图8.6所
22、示。,4.4.4 绘制电气边界,电路板的电气边界是系统进行自动布局和自动布线的范围,在禁止布线层KeepOutlayer绘制。 电气边界可稍大于也可稍小于物理边界。,图8.6 绘制完毕的物理边界和电气边界,执行菜单命令Edit Origin Reset恢复绝对原点。,操作步骤:执行菜单命令Design Add/Remove Library或单击主工具栏的加载元件封装库图标 或在PCB管理器中选择Browse PCB选项卡,在Browse下拉列表框中,选择Libraries(元件封装库),单击框中的【Add/Remove】按钮,选择所需元件封装库。 如果元件封装全部使用Advpcb.ddb中的内
23、容,一般情况下系统已默认加载。,4.4.5 恢复绝对原点,同绘制原理图一样,在设计印刷电路板图时也需要将图中所用到的元件封装库提前加载到PCB编辑器中。,4.4.6 加载元件封装库,执行菜单命令Design Load Nets,弹出图8.7所示Load/Forward Annotate Netlist装入网络表对话框。,图8.7 装入网络表对话框,4.4.7 装入网络表,单击【Browse】按钮,弹出图8.8Select选择网络表文件对话框 从中选择在4.4.1中建立的网络表文件 单击【ok】,系统自动生成网络宏,并将其在Load/Forward Annotate Netlist装入网络表对话
24、框中列出,如图8.9所示。,图8.8 选择网络表文件,选择网络表文件,图8.9 生成的无错误网络宏,生成的无错误网络宏,若无错误,则在对话框下部的状态栏显示All macros validated如图8.9所示,单击【Execute】按钮,将元件封装和连接关系装入到PCB文件中,如图4.40所示。 若有错误,则状态栏中显示共有几个错误,在Error列中显示相应的错误信息。此时需返回原理图修改错误后重新产生网络表,在PCB文件中重新装入网络表。,检查网络表,图4.40 装入网络表后的PCB图,装入网络表后的PCB图,1本项目设置的规则与操作步骤 在自动布局前,可以设置的规则很多,一般情况下只设置
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- protel 电路设计 应用 课件 第四
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