基于Protel 99SE的印制电路板设计

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简介:本文论述利用Protel99SE软件设计印制电路板的技术,其中包括设计电路原理图、生成印制电路板。阐述了利用Protel99SE设计单片机系统印制电路板时应注意的若干问题。

0 引言

Protel 99SE是一套完整印制电路板设计系统,它为用户提供了一个从设计到管理的一体化集成环境。所配置的原理图设计工具SCH99SE、PCB设计工具PCB99SE和自动布线器Route99SE极大地方便了用户进行印制电路板的设计。

l 电路板设计流程

用户使用Protel99SE软件设计一块电路板的流程是:①新建数据库文件(*.ddb);②新建原理图文件(*.Sch);③放置元器件并布局;④原理图布线;⑤ERC和生成网络表;⑥新建PCB文件(*.PCB);⑦设置工作环境;⑧装入网络表及元件封装;⑨布局元件;⑩PCB布线。

2 设计电路原理图

2.1 创建一个设计数据库文件

选择File/New菜单,建立一个空设计数据库并为该数据库文件命名和选择存储位置。

2.2 设计电路原理图

2.2.1 新建电路原理圈文件

选择File/New.菜单。在弹出的对话框中选择Schematic Document选项,在刚刚创建的数据库中新建一个电路原理图文件。

2.2.2 加栽元器件库、放置元器件并布局

Protel 99SE把元器件放在库文件中.要使用这些元件就要先加载元器件所在库文件,然后找到所需元件并把它放置在原理图中.并依据元器件之间的布线要求和电路的总体要求布局各元器件。实际使用中最常见的情况是用户所用的元器件在内置元器件库中找不到,这时就需要用户使用Protel提供的库元器件设计工具自行设计。

2.2.3 原理图布线

将已放置好的元器件的各管脚用电气导线、网络标号、I/O端口标号等连接起来。使各电路模块之间建立满足设计要求的电气连接关系。Protel 99SE提供直接连线、网络连线和I/0端口标号连线3种方式。简单的电路模块宜采用直接连线方式,连线一次画完。而对于复杂的电路模块多采用网络连线和L/0端口标号连线方式(两种连线方式其实都是用英文字母标识电气上连接在一起的各导线),其网络标号最好放在管脚端点引出的端线上。值得指出的是网络连线和I/0端口标号连线方式是Protel嗍设计原理图时比较有特色的地方,通过使用这两种连线方式可以实现诸如总线连接、较复杂电路中远距离电气端口的连接。

2.2.4 ERC和生成网络表

在调整电路模块的布局和连线都完成以后,可以使用Protel提供的智能化电气规则检查(ERC)功能对该电路系统进行电气规则检查.主要包括两方面的内容:①检查原理图的电气规则冲突,如一个元器件的输出引脚与另一个元器件的输出引脚连在一起;②检查未连接或重复使用的网络标号。选择Tools/ERC.菜单,进行相关设置后,Protel99SE开始对原理图进行电气规则检查,检查结束后用户可根据输出的警告和错误信息。对电路系统做进一步调整和修改,直到电路系统正确。

网络表(netlist)是电路原理图文件(*.Sch)与印制电路板文件(*.PCB)之间交换信息的接口,执行Design/Create Neflist。菜单产生该电路系统的网络表(netlist)。

3 生成印制电路板

3.1 新建PCB文件(*.PCB)

在同一个设计数据库文件中,新建一个PCB文件。选择File/New.菜单,在弹出的对话框中选择PCB Document选项,在刚刚创建的数据库中新建一个PcB文件。

3.2 设置工作环境

在绘制PCB图前,用户对电路板应有一个初步的规划,主要包括3个方面的设置,分别是工作层面的设置、环境参数的设置和电路板的规划设置。其中最重要的是电路板的规划设置,包括采用几层电路板、电路板的结构、尺寸、各元件的封装形式及其安装位置、接口形式、元件的布置参数、板层参数和布线参数等。

3.3 装入网络表及元件封装

网络表(netlist)是PCB进行自动布线的灵魂。只有装入网络表之后,才能完成电路板自动布线。选择Design/Load Nets.菜单,在弹出的对话框中选择刚刚生成的网络表文件。元件封装是指实际的电子元器件或者集成电路的外观尺寸。用户必须在装载网络表之前为元器件分配相应的封装形式,否则Protel软件将会给出警告信息,报告用户装载网络表失败。Protel提供了众多的元器件封装形式(也放在一个库文件中)供用户使用,用户也可以自行设计元器件封装形式。

3.4 布局元件

布局元件由Protel自动完成,规划电路板并装入网络表后,Protel自动装入元件。并将元件布置在电路板边框内。Protel也允许用户手工布局,对于设计者来说。一般的布局原则是先自动布局.然后再进行手工布局,对PCB中不合理的布局进行相应的调整。一般来说,系统对元件的自动布局是以寻找最短布线路径为目标的。因此元件的自动布局往往不是很理想,这时候就需要设计者采用手工布局来进行调整。

3.5 PCB布线

Protel提供两种布线方式:自动布线和手工布线。Protel采用先进的无网格和基于形状的对角线自动布线技术,使用Auto Boute/All菜单,进行布线参数和布线规则设置后。Protel就开始为用户的电路板自动布线。手工布线是指设计者按照PCB中预拉线的引导手工在PCB上进行布线操作。对于对于设计者来说,一般的布线原则是先自动布线,然后再进行手工布线。一般来说,PCB自动布线后会存在一些不合理的地方,例如布线拐弯过多、布线重复连接以及布线直接穿过元件引脚等。另外,某些情况下设计者需要放置一些焊盘、过孔、尺寸标注和字符串等,以满足实际设计的需要。对于以上情况。需要设计者采用手工布线的方法来完成。

4 Protel99SE设计单片机系统印制电路板应注意的若干问题

单片机系统的印制电路板是元器件、信号线、电源线的高密度集合体,其抗干扰设计非常重要,在设计时要遵循以下几点:①印制电路板的大小要适中,过大会使线路过长.阻抗增加,成本升高;过小易产生干扰环境;②在布局元件时.相关元件应尽量靠近。如晶振、时钟发生器、CPU的时钟输入端相互靠近;③大电流电路应远离主板,或另做一块电路板;④考虑电路板在机箱内的位置,发热量大的元件应放置在易通风散热的地方;⑤电源线和地线与数据线传输方向一致。这有利于增强抗干扰能力。地线可环绕印制板一周安排,各器件尽可能就近接地。地线尽量加宽,往往以地线为参照敷设铜膜.形成地线网。模拟地和数字地要分开;⑥配置必要的去耦电容:(1)电源进线端接100μF以上的电解电容以吸收电源进线引入的脉冲干扰;(2)原则上每块集成电路都配置一个0.01μF的陶瓷电容或聚乙烯电容,以吸收高频干扰;(3)电容引线不能太长,高频旁路电容不能带引线;⑦时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小,时钟线尽量远离I/O线;⑧I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印制板的边缘,靠近接插件;⑨使用450的折线布线。不要使用90度折线。以减少高频信号的发射;⑩石英晶体振荡器外壳要接地,下面要加大地的面积且不要走其他信号线:①对A/D类器件。其数字部分和模拟部分的导线宁可绕一下也不要交叉;②任何信号线都不要形成环路,如不可避免。环路应尽量小;③单面板、双面板的电源线、地线要尽量粗。信号线的过孔要尽量少。

5 结束语

对于硬件电路设计者来说,Protel 99SE的使用方法是他们必须掌握的一项基本技能。当然。要设计一块性能优良的电路板,仅仅掌握Protel软件的使用方法是远远不够的。还需要有很多PCB设计的经验和技巧。

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