如何設(shè)計電路板

一、電路版設(shè)計的先期工作

1、利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖，并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進行原理圖的設(shè)計，直接進入PCB設(shè)計系統(tǒng)，在PCB設(shè)計系統(tǒng)中，可以直接取用零件封裝，人工生成網(wǎng)絡(luò)表。

2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表 將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上，沒任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。

二、畫出自己定義的非標準器件的封裝庫

建議將自己所畫的器件都放入一個自己建立的PCB 庫專用設(shè)計文件。

三、設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等

1、進入PCB系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境，包括設(shè)置格點大小和類型，光標類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后，符合個人的習慣，以后無須再去修改。

2、規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當大小的焊盤。對于3mm 的螺絲可用6.5~8mm 的外徑和3.2~3.5mm 內(nèi)徑的焊盤對于標準板可從其它板或PCB izard 中調(diào)入。

注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當前層設(shè)置成Keep Out層，即禁止布線層。

四、打開所有要用到的PCB 庫文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝

這一步是非常重要的一個環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計與印象電路版設(shè)計的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進行電路版的布線。

在原理圖設(shè)計的過程中，ERC檢查不會涉及到零件的封裝問題。因此，原理圖設(shè)計時，零件的封裝可能被遺忘，在引進網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補充零件的封裝。

當然，可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表，并且指定零件封裝。

五、布置零件封裝的位置，也稱零件布局

Protel99可以進行自動布局,也可以進行手動布局。如果進行自動布局，運行Tools下面的Auto Place,用這個命令，你需要有足夠的耐心。布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計者采用手動布局的形式。用鼠標選中一個元件，按住鼠標左鍵不放，拖住這個元件到達目的地，放開左鍵，將該元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包含自動選擇和自動對齊。使用自動選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉(zhuǎn)、展開和整理成組，就可以移動到板上所需位置上了。當簡易的布局完成后，使用自動對齊方式整齊地展開或縮緊一組封裝相似的元件。

提示：在自動選擇時，使用Shift+X或Y和Ctrl+X或Y可展開和縮緊選定組件的X、Y方向。

注意：零件布局，應(yīng)當從機械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾、將來布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機械尺寸有關(guān)的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。

六、根據(jù)情況再作適當調(diào)整然后將全部器件鎖定

假如板上空間允許則可在板上放上一些類似于實驗板的布線區(qū)。對于大板子，應(yīng)在中間多加固定螺絲孔。板上有重的器件或較大的接插件等受力器件邊上也應(yīng)加固定螺絲孔，有需要的話可在適當位置放上一些測試用焊盤，最好在原理圖中就加上。將過小的焊盤過孔改大，將所有固定螺絲孔焊盤的網(wǎng)絡(luò)定義到地或保護地等。

放好后用VIEW3D 功能察看一下實際效果，存盤。

七、布線規(guī)則設(shè)置

布線規(guī)則是設(shè)置布線的各個規(guī)范(象使用層面、各組線寬、過孔間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則，可通過Design-Rules 的Menu 處從其它板導出后，再導入這塊板)這個步驟不必每次都要設(shè)置，按個人的習慣，設(shè)定一次就可以。

選Design-Rules 一般需要重新設(shè)置以下幾點:

1、安全間距(Routing標簽的Clearance Constraint)

它規(guī)定了板上不同網(wǎng)絡(luò)的走線焊盤過孔等之間必須保持的距離。一般板子可設(shè)為0.254mm，較空的板子可設(shè)為0.3mm，較密的貼片板子可設(shè)為0.2-0.22mm，極少數(shù)印板加工廠家的生產(chǎn)能力在0.1-0.15mm，假如能征得他們同意你就能設(shè)成此值。0.1mm 以下是絕對禁止的。

2、走線層面和方向(Routing標簽的Routing Layers)

此處可設(shè)置使用的走線層和每層的主要走線方向。請注意貼片的單面板只用頂層，直插型的單面板只用底層，但是多層板的電源層不是在這里設(shè)置的(可以在Design-Layer Stack Manager中，點頂層或底層后，用Add Plane添加，用鼠標左鍵雙擊后設(shè)置，點中本層后用Delete 刪除)，機械層也不是在這里設(shè)置的(可以在Design-Mechanical Layer 中選擇所要用到的機械層，并選擇是否可視和是否同時在單層顯示模式下顯示)。

機械層1　一般用于畫板子的邊框;

機械層3　一般用于畫板子上的擋條等機械結(jié)構(gòu)件;

機械層4　一般用于畫標尺和注釋等，具體可自己用PCB Wizard 中導出一個PCAT結(jié)構(gòu)的板子看一下

3、過孔形狀(Routing標簽的Routing Via Style)

它規(guī)定了手工和自動布線時自動產(chǎn)生的過孔的內(nèi)、外徑，均分為最小、最大和首選值，其中首選值是最重要的，下同。

4、走線線寬(Routing標簽的Width Constraint)

它規(guī)定了手工和自動布線時走線的寬度。整個板范圍的首選項一般取0.2-0.6mm，另添加一些網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)組(Net Class)的線寬設(shè)置，如地線、+5 伏電源線、交流電源輸入線、功率輸出線和電源組等。網(wǎng)絡(luò)組可以事先在Design-Netlist Manager中定義好，地線一般可選1mm 寬度，各種電源線一般可選0.5-1mm 寬度，印板上線寬和電流的關(guān)系大約是每毫米線寬允許通過1安培的電流，具體可參看有關(guān)資料。當線徑首選值太大使得SMD 焊盤在自動布線無法走通時，它會在進入到SMD 焊盤處自動縮小成最小寬度和焊盤的寬度之間的一段走線，其中Board 為對整個板的線寬約束，它的優(yōu)先級最低，即布線時首先滿足網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)組等的線寬約束條件。

5、敷銅連接形狀的設(shè)置(Manufacturing標簽的Polygon Connect Style)

建議用Relief Connect 方式導線寬度Conductor Width 取0.3-0.5mm 4 根導線45 或90 度。

其余各項一般可用它原先的缺省值，而象布線的拓樸結(jié)構(gòu)、電源層的間距和連接形狀匹配的網(wǎng)絡(luò)長度等項可根據(jù)需要設(shè)置。

選Tools-Preferences，其中Options 欄的Interactive Routing 處選Push Obstacle (遇到不同網(wǎng)絡(luò)的走線時推擠其它的走線，Ignore Obstacle為穿過，Avoid Obstacle 為攔斷)模式并選中Automatically Remove (自動刪除多余的走線)。Defaults 欄的Track 和Via 等也可改一下，一般不必去動它們。

在不希望有走線的區(qū)域內(nèi)放置FILL 填充層，如散熱器和臥放的兩腳晶振下方所在布線層，要上錫的在Top或Bottom Solder 相應(yīng)處放FILL。

布線規(guī)則設(shè)置也是印刷電路版設(shè)計的關(guān)鍵之一，需要豐富的實踐經(jīng)驗。

八、自動布線和手工調(diào)整

1、點擊菜單命令A(yù)uto Route/Setup 對自動布線功能進行設(shè)置

選中除了Add Testpoints 以外的所有項，特別是選中其中的Lock All Pre-Route 選項，Routing Grid 可選1mil 等。自動布線開始前PROTEL 會給你一個推薦值可不去理它或改為它的推薦值，此值越小板越容易100%布通，但布線難度和所花時間越大。

2、點擊菜單命令A(yù)uto Route/All 開始自動布線

假如不能完全布通則可手工繼續(xù)完成或UNDO 一次(千萬不要用撤消全部布線功能，它會刪除所有的預(yù)布線和自由焊盤、過孔)后調(diào)整一下布局或布線規(guī)則，再重新布線。完成后做一次DRC，有錯則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯則應(yīng)及時更新原理圖和網(wǎng)絡(luò)表，手工更改網(wǎng)絡(luò)表(同第一步)，并重裝網(wǎng)絡(luò)表后再布。

3、對布線進行手工初步調(diào)整

需加粗的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用VIEW3D 功能察看實際效果。手工調(diào)整中可選Tools-Density Map 查看布線密度，紅色為最密，黃色次之，綠色為較松，看完后可按鍵盤上的End 鍵刷新屏幕。紅色部分一般應(yīng)將走線調(diào)整得松一些，直到變成黃色或綠色。

九、切換到單層顯示模式下(點擊菜單命令Tools/Preferences，選中對話框中Display欄的Single Layer Mode)

將每個布線層的線拉整齊和美觀。手工調(diào)整時應(yīng)經(jīng)常做DRC，因為有時候有些線會斷開而你可能會從它斷開處中間走上好幾根線，快完成時可將每個布線層單獨打印出來，以方便改線時參考，其間也要經(jīng)常用3D顯示和密度圖功能查看。

最后取消單層顯示模式，存盤。

十、如果器件需要重新標注可點擊菜單命令Tools/Re-Annotate 并選擇好方向后，按OK鈕。

并回原理圖中選Tools-Back Annotate 并選擇好新生成的那個*.WAS 文件后，按OK 鈕。原理圖中有些標號應(yīng)重新拖放以求美觀，全部調(diào)完并DRC 通過后，拖放所有絲印層的字符到合適位置。

注意字符盡量不要放在元件下面或過孔焊盤上面。對于過大的字符可適當縮小，DrillDrawing 層可按需放上一些坐標(Place-Coordinate)和尺寸((Place-Dimension)。

最后再放上印板名稱、設(shè)計版本號、公司名稱、文件首次加工日期、印板文件名、文件加工編號等信息(請參見第五步圖中所示)。并可用第三方提供的程序來加上圖形和中文注釋如BMP2PCB.EXE 和宏勢公司ROTEL99和PROTEL99SE 專用PCB 漢字輸入程序包中的FONT.EXE 等。

十一、對所有過孔和焊盤補淚滴

補淚滴可增加它們的牢度，但會使板上的線變得較難看。順序按下鍵盤的S 和A 鍵(全選)，再選擇Tools-Teardrops，選中General 欄的前三個，并選Add 和Track 模式，如果你不需要把最終文件轉(zhuǎn)為PROTEL 的DOS 版格式文件的話也可用其它模式，后按OK 鈕。完成后順序按下鍵盤的X 和A 鍵(全部不選中)。對于貼片和單面板一定要加。

十二、放置覆銅區(qū)

將設(shè)計規(guī)則里的安全間距暫時改為0.5-1mm 并清除錯誤標記，選Place-Polygon Plane 在各布線層放置地線網(wǎng)絡(luò)的覆銅(盡量用八角形，而不是用圓弧來包裹焊盤。最終要轉(zhuǎn)成DOS 格式文件的話，一定要選擇用八角形)。下圖即為一個在頂層放置覆銅的設(shè)置舉例：

設(shè)置完成后，再按OK 扭，畫出需覆銅區(qū)域的邊框，最后一條邊可不畫，直接按鼠標右鍵就可開始覆銅。它缺省認為你的起點和終點之間始終用一條直線相連，電路頻率較高時可選Grid Size 比Track Width 大，覆出網(wǎng)格線。

相應(yīng)放置其余幾個布線層的覆銅，觀察某一層上較大面積沒有覆銅的地方，在其它層有覆銅處放一個過孔，雙擊覆銅區(qū)域內(nèi)任一點并選擇一個覆銅后，直接點OK，再點Yes 便可更新這個覆銅。幾個覆銅多次反復(fù)幾次直到每個覆銅層都較滿為止。將設(shè)計規(guī)則里的安全間距改回原值。

十三、最后再做一次DRC

選擇其中Clearance Constraints Max/Min　Width Constraints Short Circuit Constraints 和Un-Routed Nets　Constraints 這幾項，按Run DRC 鈕，有錯則改正。全部正確后存盤。

十四、對于支持PROTEL99SE 格式(PCB4.0)加工的廠家可在觀看文檔目錄情況下，將這個文件導出為一個*.PCB文件;對于支持PROTEL99 格式(PCB3.0)加工的廠家，可將文件另存為PCB 3.0 二進制文件，做DRC。通過后不存盤退出。在觀看文檔目錄情況下，將這個文件導出為一個*.PCB 文件。由于目前很大一部分廠家只能做DOS 下的PROTEL AUTOTRAX 畫的板子，所以以下這幾步是產(chǎn)生一個DOS 版PCB 文件必不可少的：

1、將所有機械層內(nèi)容改到機械層1，在觀看文檔目錄情況下，將網(wǎng)絡(luò)表導出為*.NET 文件，在打開本PCB 文件觀看的情況下，將PCB 導出為PROTEL PCB 2.8 ASCII FILE 格式的*.PCB 文件。

2 、用PROTEL FOR WINDOWS PCB 2.8 打開PCB 文件，選擇文件菜單中的另存為，并選擇Autotrax 格式存成一個DOS 下可打開的文件。

3、用DOS 下的PROTEL AUTOTRAX 打開這個文件。個別字符串可能要重新拖放或調(diào)整大小。上下放的全部兩腳貼片元件可能會產(chǎn)生焊盤X-Y大小互換的情況，一個一個調(diào)整它們。大的四列貼片IC 也會全部焊盤X-Y 互換，只能自動調(diào)整一半后，手工一個一個改，請隨時存盤，這個過程中很容易產(chǎn)生人為錯誤。PROTEL DOS 版可是沒有UNDO 功能的。假如你先前布了覆銅并選擇了用圓弧來包裹焊盤，那么現(xiàn)在所有的網(wǎng)絡(luò)基本上都已相連了，手工一個一個刪除和修改這些圓弧是非常累的，所以前面推薦大家一定要用八角形來包裹焊盤。這些都完成后，用前面導出的網(wǎng)絡(luò)表作DRC Route 中的Separation Setup ，各項值應(yīng)比WINDOWS 版下小一些，有錯則改正，直到DRC 全部通過為止。

也可直接生成GERBER 和鉆孔文件交給廠家選File-CAM Manager 按Next>鈕出來六個選項，Bom 為元器件清單表，DRC 為設(shè)計規(guī)則檢查報告，Gerber 為光繪文件，NC Drill 為鉆孔文件，Pick Place 為自動拾放文件，Test Points 為測試點報告。選擇Gerber 后按提示一步步往下做。其中有些與生產(chǎn)工藝能力有關(guān)的參數(shù)需印板生產(chǎn)廠家提供。直到按下Finish 為止。在生成的Gerber Output 1 上按鼠標右鍵，選Insert NC Drill 加入鉆孔文件，再按鼠標右鍵選Generate CAM Files 生成真正的輸出文件，光繪文件可導出后用CAM350 打開并校驗。注意電源層是負片輸出的。

十五、發(fā)Email 或拷盤給加工廠家，注明板材料和厚度(做一般板子時，厚度為1.6mm，特大型板可用2mm，射頻用微帶板等一般在0.8-1mm 左右，并應(yīng)該給出板子的介電常數(shù)等指標)、數(shù)量、加工時需特別注意之處等。Email發(fā)出后兩小時內(nèi)打電話給廠家確認收到與否。

十六、產(chǎn)生BOM 文件并導出后編輯成符合公司內(nèi)部規(guī)定的格式。

十七、將邊框螺絲孔接插件等與機箱機械加工有關(guān)的部分(即先把其它不相關(guān)的部分選中后刪除)，導出為公制尺寸的AutoCAD R14 的DWG 格式文件給機械設(shè)計人員。

二十一、整理和打印各種文檔。如元器件清單、器件裝配圖(并應(yīng)注上打印比例)、安裝和接線說明等

常用電子元器件應(yīng)用要點及識別方法

一、電阻

電阻在電路中用“R”加數(shù)字表示，如：R1表示編號為1的電阻。電阻在電路中的主要作用為分流、限流、分壓、偏置等。

1、參數(shù)識別：

電阻的單位為歐姆(Ω)，倍率單位有：千歐(KΩ)，兆歐(MΩ)等。換算方法是：

1兆歐=1000千歐=1000000歐

電阻的參數(shù)標注方法有3種，即直標法、色標法和數(shù)標法。

a、數(shù)標法主要用于貼片等小體積的電路，如：

472 表示 47×100Ω(即4.7K); 104則表示100K

b、色環(huán)標注法使用最多，現(xiàn)舉例如下：

四色環(huán)電阻 五色環(huán)電阻(精密電阻)

2、電阻的色標位置和倍率關(guān)系如下表所示：

顏色 有效數(shù)字 倍率 允許偏差(%)

銀色 / x0.01 ±10

金色 / x0.1 ±5

黑色 0 +0 /

棕色 1 x10 ±1

紅色 2 x100 ±2

橙色 3 x1000 /

黃色 4 x10000 /

綠色 5 x100000 ±0.5

藍色 6 x1000000 ±0.2

紫色 7 x10000000 ±0.1

灰色 8 x100000000 /

白色 9 x1000000000 /

二、電容

1、電容在電路中一般用“C”加數(shù)字表示(如C13表示編號為13的電容)。電容是由兩片金屬膜緊靠，中間用絕緣材料隔開組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。

電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小，電容對交流信號的阻礙作用稱為容抗，它與交流信號的頻率和電容量有關(guān)。

容抗XC=1/2πf c (f表示交流信號的頻率，C表示電容容量)

電話機中常用電容的種類有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。

2、識別方法：電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數(shù)標法3種。

電容的基本單位用法拉(F)表示，其它單位還有：毫法(mF)、微法(uF)、納法(nF)、皮法(pF)。

其中：1法拉=103毫法=106微法=109納法=1012皮法

容量大的電容其容量值在電容上直接標明，如10 uF/16V

容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示

字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF

數(shù)字表示法：一般用三位數(shù)字表示容量大小，前兩位表示有效數(shù)字，第三位數(shù)字是倍率。

如：102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF

3、電容容量誤差表

符 號 F G J K L M

允許誤差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%

如：一瓷片電容為104J表示容量為0. 1 uF、誤差為±5%。

三、晶體二極管

晶體二極管在電路中常用“D”加數(shù)字表示，如： D5表示編號為5的二極管。

1、作用：二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，也就是在正向電壓的作用下，導通電阻很?而在反向電壓作用下導通電阻極大或無窮大。正因為二極管具有上述特性，無繩電話機中常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。電話機里使用的晶體二極管按作用可分為：整流二極管(如1N4004)、隔離二極管(如1N4148)、肖特基二極管(如BAT85)、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管等。

2、識別方法：二極管的識別很簡單，小功率二極管的N極(負極)，在二極管外表大多采用一種色圈標出來，有些二極管也用二極管專用符號來表示P極(正極)或N極(負極)，也有采用符號標志為“P”、“N”來確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負。

3、測試注意事項：用數(shù)字式萬用表去測二極管時，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，此時測得的阻值才是二極管的正向?qū)ㄗ柚?，這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反。