protel99教程第7章知识讲解

第7章元器件布局布线目录7.1电路板设计的基本流程7.2设置电路板类型7.3规划电路板7.4准备电路板设计的原理图文件和网络文件7.5载入网络表文件和元器件封装7.6元器件布局7.7巩固练习小结在原理图和网络表准备好后，就可以进行电路板设计了。PCB电路板设计主要包括两部分内容：元器件布局和电路板的布线。本章主要介绍元器件布局的知识，电路板布线将在下一章介绍。1．准备原理图和网络表2．设置环境参数3．规划电路板4．载入网络表和元器件封装5．元器件布局6．电路板布线7．地线覆铜8．设计规则检查7.2设置电路板类型一般地，根据电路板工作层面的多少可将电路板分为单面板、双面板和多层板3种类型。在进行电路板设计之前，应当先设置电路板的类型，它属于规划电路板的范畴。（1）选择电路板类型。（2）设置电路板类型。（3）设置工作层面参数。1．图层堆栈管理器（1）在PCB编辑器中，执行菜单命令【Design】/【LayerStackManager…】，打开【LayerStackManager】（图层堆栈管理器）对话框，如图7-2所示。图7-2图层堆栈管理器对话框（2）单击按钮，可以打开如图7-3所示的菜单命令列表。（3）在本例中，将PCB电路板设置为双面板，其他参数均为默认参数。图7-3【Menu】菜单命令列表系统提供的电路板模板2．设置工作层面的显示/隐藏属性图7-4工作层面显示/隐藏属性设置对话框图7-5工作层面切换标签3．设置工作层面的颜色图7-6工作层面设置对话框图7-7工作层面颜色设置对话框图7-8工作层面颜色配置对话框7.3规划电路板规划电路板除了前面介绍的设置电路板类型外，还需要定义电路板的外形、电气边界和安装孔等。通常规划电路板时可按照如图7-9所示的步骤进行。在进行电路板设计之前，必须首先明确电路板的形状，并预估其大小，然后再设置电路板的边界和放置安装孔。电路板的边界包括物理边界和电气边界，物理边界是定义在机械层上的，而电气边界是定义在禁止布线层上的。通常情况下，制板商认为物理边界与电气边界是重合的，因此在定义电路板的边界时，可以只定义电路板的电气边界。图7-9规划电路板的流程图7-10放置好的4条线段图7-11修改下边界线段的坐标2．放置安装孔图7-12调整好的电气边界图7-13修改电路板安装孔的尺寸图7-14放置安装孔的结果7.4准备电路板设计的原理图文件和网络表文件一般来讲，在规划电路板之前，原理图已经准备好，并且经过编译和检查确保无误了。本章以前面绘制的“指示灯显示电路.Sch”原理图为例，向读者介绍PCB电路板的设计全过程。准备好的原理图如图7-15所示。图7-15准备好的原理图文件图7-16生成的网络表文件7.5载入网络表文件和元器件封装在原理图和电路板规划工作完成后，就需要将原理图的设计信息传递到PCB编辑器中进行电路板的设计。从原理图向PCB编辑器传递的设计信息主要包括网络表文件、元器件的封装和一些设计规则信息。Protel99SE实现了真正的双向同步设计，网络表与元器件封装的载入既可以通过在原理图编辑器内通过执行菜单命令【Design】/【UpdatePCB…】来更新PCB文件来实现，也可以在PCB编辑器内通过执行菜单命令【Design】/【LoadNets…】来导入网络表文件来实现。但是，需要强调的是，在载入网络连接与元器件封装之前，必须先载入元器件封装库，否则将导致网络表和元器件封装的载入失败。如果所需的元器件封装在系统提供的元器件封装库中查找不到，则还应当首先制作该元器件封装。具体元器件封装的制作方法请参考后面章节的内容。7.5.1载入元器件封装库在Protel99SE中，常用的元器件封装库主要包括以下几个元器件封装库：（1）Advpcb.Ddb（2）GeneralIC.Ddb（3）Miscellaneous.Ddb图7-17PCB编辑器管理窗口图7-18载入/删除元器件库对话框图7-19添加元器件封装库文件的结果图7-20载入元器件封装库文件的结果7.5.2利用原理图编辑器设计同步器更新网络表文件和元器件封装载入元器件封装库文件后，接下来就可以执行载入网络表和元器件封装的操作了。Protel99SE为用户提供了两种简捷的载入网络表和元器件封装的方法：一种是利用原理图编辑器中的设计同步器更新PCB电路板的网络表和元器件封装；另一种是在PCB编辑器中载入元器件封装和网络表。图7-21更新PCB电路板设计对话框图7-22预览更新的详细信息图7-23更新网络表和元器件封装后的PCB电路板设计7.5.3在PCB编辑器中载入网络表文件和元器件封装在PCB编辑器中，利用系统提供的载入网络表和元器件封装功能也能方便地载入网络表文件和元器件封装。图7-24载入网络表对话框图7-25选择网络表文件图7-26添加网络表文件的结果图7-27载入网络表文件和元器件封装的结果7.6元器件布局在完成了电路板设计前期的准备工作后，接下来就可以开始元器件的布局了。电路板上元器件布局的好坏，不仅影响到后面布线工作的难易程度，而且会关系到电路板实际工作情况的好坏。合理的元器件布局，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时也便于生产中的安装、调试与检修等。7.6.1元器件布局基础知识在进行元器件布局之前，先介绍一些元器件布局的基础知识。1．元器件布局的方法元器件布局的方法主要包括以下三种：（1）自动布局方法；（2）手工布局方法；（3）自动布局与手工布局相结合的交互式布局方法。2．元器件布局的基本步骤图7-28交互式布局基本步骤（1）关键元器件的布局（2）自动布局（3）手工调整（4）元器件标注的调整（5）密度分析（6）3D效果图3．元器件布局的基本原则在长期的设计实践中，人们已经出了不少元器件布局的基本原则。如果在电路设计的时候，能够遵循这些原则，那么将有利于电路板控制软件的准确调试和硬件电路的正常工作。总的来说，元器件布局需要遵循的基本原则如下。（1）在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端等都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。（2）尽量在关键元器件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。（3）接插件一般放置在电路板的边缘，以方便安装和后面的布线工作，如果实在没有办法，也可以将其放置在电路板中间，但应尽量避免这样放置。（4）在元器件手动布局中，应当尽量考虑以后布线的方便，对于布线较多的区域，应当留出足够多的空间，以免布线受阻。（5）数字电路和模拟电路应分区域进行布局，如果可能二者之间可适当留出2～3mm的空间，以免相互干扰。（6）对于高压和低压电路，为了保证足够高的电绝缘可靠性，二者之间应当留出4mm以上的空间。（7）元器件布局时，应尽量保持整齐、美观。7.6.2关键元器件的布局关键元器件主要包括以下几类元器件：（1）与机械尺寸有关的元器件；（2）与装配相关的元器件；（3）大的占位置的元器件；（4）发热量高的元器件；（5）核心元器件；（6）高频时钟电路；（7）对电磁干扰敏感的电路；（8）热敏元器件。关键元器件的布局分成以下3个步骤：（1）对所有的元器件进行分类筛选，找出电路板上的关键元器件；（2）放置关键元器件；（3）锁定关键元器件。图7-29元器件属性对话框图7-30确认移动元器件锁定元器件7.6.3元器件的自动布局Protel99SE提供了强大的元器件自动布局功能，对元器件进行自动布局可以更加快速、便捷地完成元器件的布局工作。元器件的自动布局主要分为两个步骤：（1）设置元器件布局有关的设计规则；（2）选择自动布局的方式，并进行自动布局的操作。1．设置元器件自动布局设计规则图7-31电路板设计规则设置对话框图7-32元器件布局设计规则设置对话框图7-33设置安全间距限制设计规则主对话框图7-34设置元器件的安全间距限制设计规则图7-35选择安全间距限制对象图7-36计算元器件间距的方法图7-37设置好元器件安全间距限制设计规则后的对话框图7-38元器件方位限制设计规则2．元器件的自动布局图7-39执行自动布局的菜单命令图7-40设置推挤元器件的程度图7-41元器件自动布局对话框图7-42统计布局方式下的元器件自动布局对话框图7-43成组布局方式的自动布局结果1图7-44成组布局方式的自动布局结果2图7-45基于统计的自动布局结果7.6.4元器件布局的自动调整对元器件布局进行调整，可以利用Protel99SE提供的元器件自动排列功能进行调整。在很多情况下，利用元器件的自动排列功能，可以收到意想不到的功效，尤其是在元器件整齐排列方面，是十分快捷有效的。1．排列元器件利用系统提供的自动排列元器件的功能，首先要选中需要排列的元器件，然后执行相应的命令即刻将元器件整齐地排列起来。图7-46选中待排列的元器件图7-47元器件自动排列菜单命令图7-48【AlignComponents】对话框图7-49设置好的排列元器件选项图7-50排列结果2．排列元器件的序号和注释文字利用系统提供的元器件自动排列功能，除了可以排列元器件外，还可以对元器件的序号和注释文字进行调整。图7-51文本注释排列对话框图7-52排列元器件文本注释的结果7.6.5手工调整元器件布局元器件的自动布局并不能完全符合设计需要，自动布局结束后往往还要对元器件布局进行手工调整。手工调整元器件布局的操作主要包括对元器件进行移动、旋转等。对元器件进行移动和旋转的操作在第6章中已经作了详细地介绍，这里就不再介绍了。只是在电路板上手工调整元器件布局时，移动和旋转元器件要遵循一定的电气原则，并且考虑电路板整体设计的美观。比如，调整元器件序号的标准是排列尽量整齐美观，易于查找，大小适中，以能清晰查看为准。这部分内容将在最后一章的典型综合实例中进行详细地介绍。7.6.6网络密度分析在元器件布局完成后，可以利用系统提供的网络密度分析工具对电路板的布局进行分析，并根据密度分析结果，对电路板的元器件布局进行优化。图7-53网络密度分析图7.6.73D效果图利用3D效果图可以分析元器件布局的实物效果。在3D效果图上可以看到PCB电路板的实际效果及全貌。图7-543D效果图7.7巩固练习图7-55确定安装孔的位置图7-56预布局接插件的结果图7-57预布局指示灯的结果图7-58调整元器件序号和注释文字的结果图7-59编辑元器件属性对话框图7-60全局编辑属性设置对话框图7-61设置自动布局参数图7-62自动布局的一种结果图7-63调整元器件布局后的结果图7-64读出右边界的X坐标值鼠标所在位置的坐标鼠标图7-65调整元器件边界后的结果图7-66调整元器件布局后的结果图7-673D效果图小结本章以“指示灯显示电路.Ddb”的双面板设计为例，介绍PCB电路板设计的基本流程和元器件交互式布局方法。（1）电路板设计的基本流程：本节详细介绍了电路板设计的基本流程，以便让读者对PCB电路板设计有一个初步的认识。（2）设置电路板的类型：电路板工作层面的设置是整个电路板设计的基础，主要包括电路板的选型和工作层面参数的设置两部分内容。（3）规划电路板：规划电路板包括定义电路板的外形、电气边界和安装孔等内容。（4）准备电路原理图和网络表：网络表是印制电路板自动布线的灵魂，更是联系原理图设计和PCB电路板设计的桥梁和纽带。因此在网络表载入之前必须保证网络连接和元器件封装的正确。（5）网络表与元器件封装的载入：在Protel99SE中网络表与元器件封装的载入是非常方便的，但是需要提醒读者的是，在载入网络表与元器件封装之前，必须确认需要的元器件封装库已经载入到PCB编辑器内。（6）元器件布局：主要介绍了一种交互式的元器件布局方法，即手工布局和自动布局相结合的布局方法。