电子工艺与电子CAD 教学课件 PPT 作者 刘素芳 第5章 印制电路板设计

5.1 Protel 软件介绍,Protel系列软件是深受电子工程师喜爱的一套板级设计软件，其最初的版本是20世纪80年代运行于DOS下的TANGO、Protel Schematic和Autotrax。 Protel 是Altium公司于2002年推出的一套电路板设计软件平台，主要运行在Windows 2000和Windows XP上。,第五章 电子产品印制电路板设计工艺（CAD）,现在的Protel 已不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具，而是一套由五大模块组成的系统软件，它们分别是SCH(原理图)设计、SCH仿真、PCB(印制电路板)设计、Auto Router(自动布线器)和FPGA设计，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。,Protel 在文件交换方面也有很大的进展。它可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等EDA公司的设计文件；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；也可以输出格式为Hyperlynx的文件，用于板级信号仿真。,Protel 作为新推出的优秀的电子CAD设计软件，具有以下特点： (1) 通过设计文件包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB图设计以及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。 (2) 提供了混合电路仿真功能，为设计者检验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。 (3) 提供了丰富的原理图元件库和PCB封装库，并且为设计新的器件封装提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。,(4) 提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。 (5) 提供了强大的查错功能。原理图中的ERC(电气法检查)工具和PCB图的DRC(设计规则检查)工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。 (6) 全面兼容Protel系列以前的版本设计文件，并提供了与OrCAD格式文件的转换功能。 (7) 提供了全新的FPGA设计的功能，这是以前的版本所没有提供的功能。,4.2 Protel 工作总体流程,1. 设计原理图元件 虽然Protel 提供了丰富的原理图元件库，但是并不可能将所有的元件都收到这些库中。 2. 绘制原理图 在找到所有需要的原理图元件后，可以开始原理图的绘制。根据具体电路的复杂程度决定是否需要使用层次原理图。,3. 生成网络表 网络表是原理图(Schematic)设计与印制电路板(PCB)设计之间的一座桥梁。网络表可以从原理图中获得，也可以从印制电路板中提取。 4. 设计元件封装 与原理图元件库一样，Protel 也不可能提供所有元件封装。如果发现元件封装库中没有需要的元件，可以自己动手设计元件封装。,5. 设计PCB 在确认原理图没有错误之后，就可以开始PCB板的绘制工作了。首先根据系统设计和工艺要求，绘制PCB板轮廓，并确定PCB的工艺要求(如使用几层板，加工精度等)；然后将原理图传输到PCB板中来，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线；最后利用DRC(设计规则检查)工具查错。,6. 生成报表并打印 文档整理是非常有必要的，良好的文档给今后的维护、改进都会带来极大的方便。需要打印的文档包括原理图、PCB图的丝印层以及器件清单文件等各种报表文件，这些报表也是重要的工艺设计文件。设计文件应以磁盘文档的方式保存。,5.1 Protel 基础,1. Protel 设计环境 当用户启动Protel 后，系统将进入Protel 管理器设计环境(Design Explorer)，如图5.1所示，所有Protel 功能都是从这个环境启动的。Protel 设计环境与以前各个版本的设计环境有些不同，它采用的是Windows XP风格的界面。,图5.1 Protel 的设计环境,2. Protel 组成 在Protel 设计环境下，单击菜单【File】/【New】命令，从【New】子菜单中可以选择建立项目文件，包括PCB、Schematic、FPGA、VHDL以及相关 的库(Library)文件。 【New】子菜单如图5.2所示。,图5.2 【New】子菜单的命令,(1) Schematic(原理图)设计编辑。选中【File】菜单中的【Schematic】命令，即可启动原理图设计的模块，进行原理图的绘制工作。 (2) VHDL程序的编写。选中【VHDL Document】命令，即可启动VHDL程序的编写模块。 (3) PCB的设计制作。选中【PCB】命令，即可启动印制电路板的设计模块。 (4) 原理图元件库的生成。选中【Schematic Library】命令，即可打开生成和管理元件库的模块进行相应的工作。,(5) PCB库的生成。选中【PCB Library】命令，即可启动封装库的生成模块。 (6) PCB项目。执行【PCB Project】命令可以打开或生成一个印制电路板(PCB)设计项目，在该项目中可以添加原理图的绘制、PCB印制板的设计和VHDL程序的编写模块设计工作。 (7) FPGA项目。执行【FPGA Project】命令可启动现场可编程门阵列项目设计模块，在其中也可以添加原理图的绘制、PCB的设计、VHDL程序的编写模块设计工作。,(8) 集成化库文件的管理。执行【Integrated Library】命令可以启动集成化库文件的管理模块，包括具有与PCB管脚定义、Spice和信号完整性模块相关的原理图库文件。,(9) 嵌入式设计项目的生成。执行【Embedded Project】命令可以启动嵌入式系统项目设计模块，在其中也可以添加原理图的绘制、PCB的设计、VHDL程序的编写模块设计工作。 (10) Text Document。执行该命令可启动一个文本文件编辑模块。 (11) CAM Document。执行该命令可启动一个CAM(计算机辅助制造)文件生成模块。,三、Protel 文件管理,Protel 将所有的设计文档保存为独立的文件，可以使用Windows资源管理器找到它们。项目文件中包含指向它们的连接和必要的项目维护信息。因此，在以后的叙述中，文档和文件表示同一个意思，不再区分。 在Protel 中，设计文档的扩展名不再沿用以前的扩展名，具体参见表4.1。,表5.1 Protel 设计文档扩展名,1. 创建一个新文件项目(Project) 在图4.1所示的Protel 的设计环境下，执行菜单命令【File】/【New】/【PCB Project】，如图5.3所示。,图5.3 Protel 菜单,执行了这命令之后，Protel 就创建了一个新的PCB项目，并使用了缺省的名字“PCB Project1.PrjPCB”。从集成环境左侧的项目管理器【Projects】面板中可以看到这个新建的项目，如图5.4所示。,图5.4 新建的项目,2. 保存项目文件 执行菜单命令【File】/【Save Project As】，在弹出如图5.5所示的保存项目文件对话框中选择合适的路径，并修改文件名为“Exa601.PRJPCB”。这样，一个新的项目文件创建完毕，如图5.6所示。,图5.5 保存项目对话框,图5.6 新项目文件,3. 在项目中创建一个新的PCB文件 刚才创建的是新项目，现在需要往这个项目中添加文件。可以添加的文档类型很多，有原理图、原理图库、PCB库和VHDL文档等，详细的内容会在以后各章讲解。下面介绍添加一个PCB文档的方法。,在如图5.6所示的项目管理器中，当前项目的名字已经换成了“Exa601.PRJPCB”。执行菜单【File】/【New】/【PCB】命令，Protel 就会直接在当前项目中添加一个新的PCB文档，并且使用缺省的文件名“PCB1.PCBDOC”。通过执行菜单【File】/【Save As】命令，可以将这个文档重新命名为“main.PCBDOC”保存，如图5.7所示。,图5.7 创建新的PCB文件,4. 在项目中创建一个新的原理图文件 在如图5.6所示的项目管理器中，执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】，Protel 就会直接在当前项目中添加一个新的原理图文档，并且使用缺省的文件名“Sheet1.SCHDOC”。通过执行菜单【File】/【Save As】命令，可以将这个文档重新命名为“main.SCHDOC”保存，如图5.8所示。,图5.8 创建新的原理图文档,按照同样的方式，往这个项目中加入一些其他类型的文档，此时设计环境左侧的项目面板如图5.9所示。可以看出，Protel 将文档按类型在项目面板中分类列出。,图5.9 项目面板中的各类文档,5. 打开文档和切换文档 在如图5.9所示的项目面板中，用鼠标分别单击文档的名字就可以打开这个文档，目前它们都是空文件。可以按照两种方法切换当前正在编辑的文件：一种方法是单击图5.9中项目面板内相应的文件名，另一种方法是单击如图5.10所示的编辑区上面的文件名选项。图5.10中未显示出来的文件名选项可以通过 按钮来移动。,图5.10 通过文件名选项切换当前编辑文件,6. 从项目中去除文件 在如图5.9所示的项目面板中，用右键单击欲删除的文件，弹出如图5.11所示的菜单。在菜单中选择【Remove from Project】选项，并在如图5.12所示的确认删除提示框中单击 按扭，即可将此文件从当前项目中删除。,图5.11 删除文件,图5.12 确认删除提示框,7. 将文件加入项目 自由文档也可以加入项目中。在如图5.13所示的项目面板中，用右键单击欲加入项目的文档，弹出如图5.14所示的菜单，在菜单中选择【Add to Project】选项即可。,图5.13 自由文档,图5.14 把自由文件加入项目,5.2 Protel原理图设计,1. 原理图的设计流程 设计一个电路原理图的工作包括：设置电路图纸的大小，规划电路图的总体布局，在图纸上放置元器件，进行布局和布线，然后对各元器件以及布线进行调整，最后保存并打印输出。电路原理图的设计过程一般可以按以下设计流程进行：,(1) 启动Protel 电路原理图编辑器。 (2) 设置电路图纸尺寸以及版面。 (3) 在图纸上放置需要进行设计的元器件。 (4) 对所放置的元器件进行布局布线。 (5) 对布局布线后的元器件进行调整。 (6) 保存文档并打印输出。,2. 原理图的设计原则 原理图就是元件的连接图，其实质内容有两个：元件和连线，它们分别代表着实际电路中的元件和连线。不同的是，实际元件有着很多的特性和参数，而在绘制原理图时，设计者所关心的仅仅是引脚。实际连线也很有讲究，比如截面积、走向等，而绘图时仅仅关心元件的连接关系。,一张好的原理图，不但要求没有错误，还应该美观、信号流向清楚、标注清晰和可读性强。这就首先要求在绘制原理图的时候，应该遵循以下原则： (1) 顺着信号的流向摆放元件； (2) 同一个模块中的元件靠近放置，不同模块的元件稍远一些放置； (3) 电源线在上面，地线在下部，或者电源线与地线平行走。,3. 图纸尺寸 用大小合适的图纸来绘制电路图，可以使显示和打印都相当清晰，而且也比较节省磁盘存储空间。 1. 选择标准图纸 图纸尺寸的设置，可使用菜单命令【Design】/【Options】。执行该命令后，系统将弹出【Document Options】对话框，在其中选择【Sheet Options】选项卡进行设置，如图5.15所示。,图5.15 【Sheet Options】选项卡,2. 自定义图纸 如果需要自定义图纸尺寸，必须设置图5.1所示对话框的【Custom Style】栏中的各个选项。首先，必须在【Custom Style】栏中选中【Use Custom style】复选框，以