基于Protel 2004的PCB設計

　　摘 要： Protel是Altium 公司推出的電路輔助設計系統(tǒng)。設計者繪制原理圖后， 緊接著是設計印制電路板，簡稱PCB。PCB設計一般按照規(guī)劃電路板、裝載元器件封裝庫及網絡表、元器件的布局、布線等步驟進行。本文通過對整個PCB設計過程的探討，為正確高效地設計印制電路板提供了有效的途徑。
　　關鍵詞： Protel PCB設計 有效 途徑
　　1.引言
　　Protel 2004是Altium公司推出的電路輔助設計系統(tǒng)，是potel系列軟件在Windows XP平臺的產品。Protel 2004除具有先前一系列版本的功能和優(yōu)點外，還增加了許多改進和很多高端功能，深受電子產品設計者的喜愛。電路設計的目的就是要制作出電子產品，而電子產品最終是通過印制電路板來實現(xiàn)的，所以在電路的原理圖設計完成后，接著就是印制電路板（PCB）設計，而PCB板的質量直接影響著電子產品的性能。本文以Protel 2004為設計工具，探討PCB設計中的基本原則及技巧，為能正確、高效地設計PCB板提供了有效的途徑。
　　2.創(chuàng)建PCB文件
　　2.1 PCB向導
　　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PCB創(chuàng)建向導，依據PCB創(chuàng)建向導的提示輸入要設計的PCB板的尺寸、需要的層數(shù)、過孔風格、形狀等。新建好的PCB文檔自動加在Project中的PCB下，并使用默認名字PCB1.PCBDOC。需要注意的是設計的原理圖文件和PCB文件必須在同一個項目文件下，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。這時在項目中的PCB的目錄下添加一個新PCB文件默認名字為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共可進行74個板層設計，包含32層Signal（信號走線層）；16層Mechanical（機械層）；16層Internal Plane（內層電源層）；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（橫跨所有的信號板層）。布線得層數(shù)層用得越多，PCB的價格就越高。
　　執(zhí)行菜單命令Design（設計）＼Board Layers（層堆棧管理器），在打開的對話框中可以對各層的屬性、顏色等進行修改。
　　3.2定義PCB形狀及尺寸
　　PCB板有兩個邊界：一個是物理邊界首先規(guī)劃電路板的物理邊界，是對電路板機械定義的具體要求。我們一般在機械層（Mechanical1）來畫物理邊框。另外一個是電氣邊界。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）對電氣邊界的繪制。
　　印制電路板尺寸要適當，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計（Design）選擇update PCB....命令，直接裝載網絡表和元件封裝。（2）可以在PCB編輯器中單擊設計（Design）選擇update Schematics命令對網絡表和元件的裝載及更新。
　　對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，進入PCB庫文件編輯器就可對所需要的封裝庫進行制作。
　　5.元器件的布局
　　元器件的布局在PCB板的制作中是一個重要步驟，布線的難易、最終產品的電氣性能強弱在很大程度上取決于元件布局的質量高低。
　　5.1放置順序
　　首先，放置與結構有關的固定位置的元器件，如開關、插座、指示燈、發(fā)光二極管等元件；其次，對一些體積較大的元器件和特殊元件進行放置，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提供了強大的自動布局功能，執(zhí)行命令Tools（工具）＼Auto Placement（放置元件）＼Auto Placer（自動布局），在Auto Place對話框中選擇自動布局器。
　　Protel 2004 PCB編輯器提供兩種自動布局工具：Cluster Placer自動布局器。這種布局方式適用于少于100個元件的情況；Global Placer自動元件布局器使用適用于更多元件數(shù)量的圖板。自動布局比較方便，但生成的板并不是最優(yōu)的設計方案，仍然需要手工調整達到預期效果。
　　5.3布局注意事項
　　在進行PCB元件布局時，應考慮以下方面。
　　（1）按電路模塊進行布局，實現(xiàn)同一功能的相關電路稱為一個模塊，電路模塊中的元件應采用就近集中原則，同時數(shù)字電路和模擬電路分開。
　　（2）定位孔、標準孔等非安裝孔周圍1.27mm內不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm（對于M2.5）、4mm（對于M3）內不得貼裝元器件。
　?。?）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。
　?。?）元器件的外側距板邊的距離為5mm。
　　（5）貼裝元件焊盤的外側與相鄰插裝元件的外側距離大于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，其間距應大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其他方孔外側距板邊的尺寸大于3mm。
　?。?）發(fā)熱元件不能緊鄰導線和熱敏元件；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布置在同側。特別應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計和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應考慮方便電源插頭的插拔。
　?。?）其他元器件的布置：所有IC元件單邊對齊，有極性元件極性標示明確，同一印制板上極性標示不得多于兩個方向，出現(xiàn)兩個方向時，兩個方向互相垂直。
　?。?0）板面布線應疏密得當，當疏密差別太大時應以網狀銅箔填充，網格大于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。重要信號線不準從插座腳間穿過。
　?。?2）貼片單邊對齊，字符方向一致，封裝方向一致。
　?。?3）有極性的器件在以同一板上的極性標示方向盡量保持一致。
　　7.布線
　　布線是將預拉線轉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布線兩種。
　　7.1布線方法
　　由于電子產品越來越精密，隨之而來PCB板的設計也越來越復雜，因此對一些有特殊要求的連線要進行預先手工布線。自動布線與交互式布線相結合可以很好地提高布線成功率和效率。自動布線是為手工調整提供參考，如果自動布線能夠達90%以上，就說明元件的布局基本合理，手工修改只需要調整少量元件走線，調整走線也不會有太多的障礙。
　　7.2布線注意事項
　　（1）畫定布線區(qū)域距PCB板邊≤1mm的區(qū)域內，以及安裝孔周圍1mm內，禁止布線。
　　（2）電源線盡可能的寬，不應低于18mil；信號線寬不應低于12mil；cpu入出線不應低于10mil（或8mil）；線間距不低于10mil。
　?。?）正常過孔不低于30mil。
　　（4）雙列直插：焊盤60mil，孔徑40mil；1/4W電阻：51*55mil（0805表貼）；直插時焊盤62mil，孔徑42mil；無極電容：51*55mil（0805表貼）；直插時焊盤50mil，孔徑28mil。
　?。?）注意電源線與地線應盡可能呈放射狀，以及信號線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。
　　（6）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。克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。對于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個接點，地一個接點。
　　8.建立PCB生產文件
　　在PCB板的設計完成之后，通過選擇菜單（Project＼Output jobs）命令，可進行打印或板的生產、裝配，直至完成成品的各種輸出設置。
　　9.結語
　　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，幾乎所有的電子產品都離不開印制電路板。隨著EDA技術的不斷發(fā)展，Protel DXP 2004會成為設置印刷電路板的一個好幫手，但是要設計出一塊優(yōu)良的PCB板，還需要不斷地學習和實踐，不斷地總結經驗。
　　參考文獻：
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