电子工艺与品质管理
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2.2 PCB设计流程

随着PCB的走线愈加精密和复杂,传统的手工方式设计和制作PCB已经越来越困难了。如今不论是工厂制板还是实验室制板,都采用具备自动布线、自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能的CAD软件,以协助用户完成电子产品线路的设计。

实际中广泛使用的PCB设计软件有:Protel 99 SE、Protel DXP、Altium Designer等。现以读者最熟知的Protel 99 SE软件来说明PCB设计的三个主要步骤。

2.2.1 电路原理图的设计流程

电路原理图的设计主要是利用Protel 99 SE的原理图设计系统(Advanced Schematic)来绘制一张电路原理图,它是整个电路设计的基础。在这一过程中,要充分利用Protel 99 SE所提供的各种绘图工具和各种编辑功能。电路原理图的设计流程如图2-7所示。

图2-7 电路原理图的设计流程

1.启动Protel 99 SE电路原理图编辑器

单击Windows任务栏的“开始”图标,在“程序”菜单中选择Protel 99 SE命令,便启动了Protel99 SE。

2.设置电路图样尺寸以及版面

用户可以设置图样的尺寸、方向、网格大小以及标题栏等内容。

3.在图样上放置设计需要的元器件

用户可根据实际电路的需要,从元器件库里取出所需的元器件放置到工作平面上,并对元器件的位置进行调整和修改。

4.对所放置的元器件进行布局布线

将工作平面上的元器件用有电气意义的导线和符号连接起来,构成一个完整的电路原理图。

5.对布局布线后的元器件进行调整

为了保证原理图的美观和正确,需要对元器件位置进行重新调整。可对导线位置进行删除、移动、更改图形尺寸和属性及排列等操作。

6.保存文档并打印输出

将设计的电路原理图进行存盘或通过打印机打印出来。

2.2.2 网络表的产生

网络表是电路原理图设计(Sch)与印制电路板设计之间的一座桥梁。网络表可以从电路原理图中获得,也可以从印制电路板中提取。

1.产生ERC表

Protel 99 SE在产生网络表之前,可以利用软件来对用户设计的电路原理图进行电气规则检查(ERC),以便能够找出人为的疏忽。执行完测试后,生成错误报告并且对原理图中有错误的地方做好标记,以便用户分析和修改错误。

电气规则检查还可以检查电路图中是否有电气特性不一致的情况。ERC会按照用户的设置以及问题的严重性分别给予错误或警告信息来提醒用户注意。

2.产生网络表

在Advanced Schematic所产生的各种报告中,以网络表(Netlist)最为重要。绘制电路图的主要目的就是为了将设计电路转换出一个有效的网络表,以供其他后续处理程序使用。比如,PCB程序或仿真程序。

由于网络表是纯文本文件,所以用户可以利用一般的文本编辑程序自行建立或是修改已存在的网络表。当用手工方式编辑网络表时,在保存文件时必须以纯文本格式来保存。

2.2.3 印制电路板的设计流程

印制电路板的设计是Protel 99 SE的另外一个重要部分。在这个过程中,可以借助Protel 99 SE提供的强大功能实现电路板的版面设计,完成高难度的布线工作。

在PCB设计中,一般采用双面板或多面板,每一层的功能区分都很明确。在多层结构中,零件的封装有两种情况,一种是针式封装,即焊点的导孔是贯穿整个电路板的;另一种是STM封装,其焊点只限于表面层。元器件的跨距是指元器件成形后的端子之间的距离。

利用Protel 99 SE设计PCB的流程图如图2⁃8所示。

图2⁃8 利用Protel 99 SE设计PCB的流程图

1.PCB设计前的准备工作

绘制原理图,然后生成网络表。当然,如果是一个非常简单的电路图,就可以直接进行PCB的设计。

2.进入PCB设计系统

根据个人习惯设置设计系统的环境参数,如格点的大小和类型、光标的大小和类型等,一般来说可以采用系统的默认值。

3.设置电路板的有关参数

对电路板的大小、电路板的层数等参数进行设置。

4.引入生成的网络表

当引入网络表时,需要对电路原理图设计中的错误进行检查和修正。要特别注意的是,在电路原理图设计时一般不会涉及零件封装的问题,但在进行PCB设计时,零件封装是必不可少的。

5.布置各零件封装的位置

可利用系统的自动布局功能,但自动布局功能并不太完善,需要用手工调整各零件封装的位置。

6.进行布线规则设置

布线规则包括对安全距离、导线形式等内容进行设置,这是进行自动布线的前提。

7.进行自动布线

Protel 99 SE系统的自动布线功能比较完善,一般的电路图都是可以布通的;但对有些线的布置也许并不令人满意,这时就需要进行手工调整。

8.通过打印机输出或硬拷贝保存

在完成电路板的布线后,保存完成的电路线路图文件,然后利用各种图形输出设备(如打印机或绘图仪)输出电路板的布线图。