PROTEL99SE原理图及印制板设计要点.docx
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PROTEL99SE原理图及印制板设计要点
PROTEL99SE专周设计要点
本软件主要能完成的功能:
原理图设计模块(Schematic)
电路板设计模块(PCB)
电路仿真模块(Sim)
可编程逻辑单元模块(CPLD)
原理图符号库设计
元器件封装库设计
一、PROTEL99SE原理图设计
原理图设计的任务是将电路设计人员的设计思想用规范的电路语言描述出来,为电路板的设计提供元器件封装和网络表连接。
设计一张正确的电路原理图是完成具备指定功能的PCB电路板设计的前提条件。
原理图设计的步骤:
原理图设计具体操作要点:
1.启动protel99se,新建一个设计数据库文件(.ddb文件),在其下的Douument文件夹下建立一个原理图文件(.sch文件)。
2.进行原理图图纸设置:
Design----Options----SheetOptions。
也可右键单击编辑区,在弹出的快捷菜单中单击:
DocumentOptions命令快速进入图纸设置。
图纸设置包括:
图纸大小的设置、图纸方向设置、颜色设置、标题栏和边框的设置、系统字体的设置等。
其中Grids选项区中SnapOn和Visible的含义:
SnapOn复选框可以设置光标的移动间距;Visible复选框可以设置栅格是否可见,其右边的值来设置图纸栅格间的距离。
ElectricalGrid复选框用于搜索以光标所在位置为中心,向四周搜索电气节点。
如果在GridRange(搜索半径)设置的值内有电气节点的话,就会将光标自动移动到该节点上,并且在该节点上显示一个圆点。
3.设置SCH工作环境:
Tools----Preferences。
也可右键单击编辑区,在弹出的快捷菜单中单击:
Preferences命令快速进入环境设置。
SCH工作环境设置包括:
设置栅格的形状、光标的形状、是否转换特殊字符串等。
4.加载元器件库:
design---Add/RemoveLibrary
原理图设计时需要用到的两个常用元器件库:
(1)MiscellaneousDevices.ddb:
该库文件中包含一些常用的元器件。
该元器件库中的一些代表性元件及其英文名称的含义:
见后面的“附加资料2:
设计原理图时的常用元器件名称”
(2)ProtelDosSchematicLibraries.ddb:
该库文件中包含一些通用的集成电路元器件。
在其内部包含多个库文件,见下图:
5.放置元器件(含网络标号):
Place---part、Place---NetLabel(放置网络标号)、放置电源及接地符号等。
也可以用WiringTools工具栏来放置元器件,WiringTools工具栏上的按钮依次为:
放置导线、放置总线、放置总线分支、放置网络标号、放置零件、放置电源、放置电路方框图、放置电路方框图输入输出端口、放置节点、放置忽略ERC测试点。
注:
原理图中的导线是具有电气连接意义的重要电气元件,而画图工具栏中的画线没有电气连接意义。
(快捷方法:
右键单击原理图纸,从弹出的菜单中选择即可)
PlacePart(放置元件)对话框中各项的含义:
LibRef:
该元件在元件库中的定义名称。
此项不会显示在原理图中
Footprint:
为元件指定封装类型。
Designator:
元件编号,用户自己可以指定,如R1,C1
PartType:
元件类型,可以更改,会显示在原理图中。
对于电阻、电容等,常改为其值的大小。
在放置元器件过程中可以通过按:
Tab、空格、X、Y键等来改变元器件的位置。
放置完后,可以通过PageUp和PageDown键来缩放原理图。
按end键可以刷新原理图。
6.元器件的选择(含多个)、移动、删除及属性的修改。
选择多个元器件的方法:
①规则区域中元件的选择:
按住鼠标左键不放,拖出一个虚框即可选中该区域中的所有元件。
②不规则区域中元件的选择:
执行EDIT----ToggleSelectio后,依次单击要选中的元件即可。
元件的删除:
Edit菜单中的---Clear和Delete
Clear命令用于删除已选取的元件(快捷键为:
Ctrl+Delete)
Delete命令不需要选取元件,启动Delete命令后,光标变成十字状,将光标移到要删除的元件上单击鼠标,即可删除该元件。
另外,键盘上的Delete键也可以删除元件:
先点取元件,元件周围会出现虚框,按键盘上的Delete键即可将该元件删除。
说明:
点取元件与选取元件不同。
点取元件的方法是在元件图的中央单击一下鼠标,元件即可被选中,被选中的元件周围出现虚框。
而选取的方法选中的元件周围出现黄框。
元件属性的修改:
双击该元件弹出Part对话框即可修改。
7.布线即连接元器件:
Place---wire
布线:
就是用具有电气连接的导线、网络标号、输入输出端口等将放置好的、各个相互独立的元器件按照设计要求连接起来,从而建立电气连接的过程。
8.ERC检查(生成.ERC文件):
Tools---ERC
电气法测试ElectricalRulesCheck:
是利用电路设计软件对用户设计好的电路进行测试,以便能够检查出人为的错误或者疏忽。
9.生成网络表(.NET文件):
Design---CreateNetlist
网络表是电路自动布线的灵魂,也是原理图设计软件SCH与印制电路板设计软件PCB之间的接口。
10.生成元器件清单(.XLS文件):
Reports---BillofMaterial[mə'tiəriəl]
二、PROTEL99SE印制板设计
印制电路板:
是通过电路板上印制导线实现焊盘以及过孔等的电气连接,它也是电子器件的载体,由于它采用了照相制板印刷技术制作的电路板,故称为“印刷”电路板,即PrintedCircuitBoard(简称PCB板)。
原始的PCB是一块表面有导电铜层的绝缘材料板,根据电路结构,在PCB上合理安排电路元器件的放置位置(称之为布局),然后在板上绘制各元器件间的互连线(称为布线),经腐蚀后保留作互连线的铜层,再经钻孔等后期处理,裁剪成具有一定外形尺寸供装配元器件用的印刷电路板。
电路板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜以及焊锡等,金属铜用于电路板上的走线,焊锡则一般用在过孔和焊盘的表面,以便固定元件。
印制电路板设计一般步骤:
(1)启动PCB设计环境,即创建一个新的PCB文档(.pch文件)
(2)设置PCB环境:
PCB板系统参数的设置(tools---Preferences['prefərənsis])和电路板属性的设置(Disgn---options),比如度量单位的选择(选择option选项卡,在Measurement(['meʒəmənt]量度)unit处选择Metric['metrik]公制的、Imperial[im'piəriəl]英制的)、电路板的结构、尺寸及工作层面的设置。
电路板的结构分类:
单层板、双层板、多层板。
工作层面介绍:
信号层(SignalLayer):
信号层主要是电气布线的铜膜板层,用于布线、放置焊盘和过孔等元素。
信号层包含顶层(TopLayer)、底层(BottomLayer);顶层信号层的导线一般为红色,导线以横线为主;底层信号层的导线一般为蓝色,导线以竖线为主。
内部板层(InternalPlane):
内部板层用于布置电源和接地线。
机械层(Mechanical[mi'kænikəl]Layer):
主要用于给出印制电路板的制造和组合信息,包括物理边界、尺寸标注和布线范围设置等信息;在电路板设计过程中,通常将电路板的物理边界等同于电路板的电气边界,而不对电路板的物理边界进行规划。
遮罩层(Masks):
包含Solder(['sɔdə]焊锡)
Mask(防焊板层)和PasteMask(锡膏层)。
焊锡层主要是产生SMT专用锡膏层,这些锡膏层将制成钢膜,再把半熔化的锡膏透过钢膜,加到电路板上,以粘贴SMD零件。
丝印层(SilkscreenOverlay):
丝印层也称为Over(覆盖层),主要用于绘制零件外形轮廓和标识零件序号等。
丝印层包括顶层丝印层(TopOverlay)和底层丝印层(BottomOverlay)。
禁止布线层(KeepoutLayer):
主要用于放置元器件和导线的区域。
定义了禁止布线层后,在布局和布线时,所有元器件和所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界,即将元件限制在这个范围之内。
复合层(MultiLayer):
主要用来放置元器件的焊盘及连接和不同工作层面上导电图件的过孔等图件。
如果不选此项,导孔就无法显示出来。
(3)加载网络表:
网络表是连接原理图编辑环境与PCB设计环境的桥梁,加载网络表就是将原理图上所有元器件封装及其网络连接信息导入PCB设计环境,为后续元器件的布局以及布线作好准备。
元器件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置,它是实际元件引脚和印制电路板上的焊盘一致的保证。
由于元件封装只是元件的外观和焊盘位置,仅仅是空间的概念,因上不同的元件可共用一个封装,同一种元件也可以有不同的封装。
(4)设置PCB设计规则:
在进行元器件布局之前,应首先设置PCB设计规则,即元器件布局、布线等约束条件,例如电气规则、布局规则和布线规则等。
通过设置PCB设计规则,可使布局、布线等满足设计要求,提高设计效率。
(5)元器件布局:
分自动布局和手动布局。
即在印制板上对元器件进行合理的布局和位置调整。
(6)布线:
分自动布线和手动布线。
(7)检查、输出:
对于复杂电路可采用设计规则检查功能—DRC。
印制板电路设计一般步骤方框图
印制板电路设计具体操作要点:
通过加载网络表文件进行设计(基于原理图的PCB板设计)
1.方法一:
在设计数据库中新建一个PCB文档
选中数据库下的的documents,选择file---new,单击documents选项卡,双击PCBdocument图标即可建立一个名为PCB1.PCB文档。
然后把该文档激活为当前活动窗口,进行手动规划PCB板:
(1)工作层面的设置:
design---options---layers。
(2)在机械层设置印制板的物理尺寸:
Place---Keepout---Track,建议选择Edit-origin-set命令设置相对原点,并在Design---option---options中设置尺寸单位为公制,即mm;
(3)在禁止布线层上面画出PCB印制电路板的电气范围:
Place---Keepout---Track。
使用电气边界的目的,是为了后续的布局工作作了一个范围限制,以便在调整元器件时可以很好的把握元器件之间以及元器件与板子边缘之间的相对位置。
方法二:
使用向导创建PCB板
选中数据库下的的documents,选择file---new,单击wizards选项卡,双击printcircuitboardwizard图标即可进入向导,接下来进行相应选择就可以创建PCB板。
然后进行工作层面的设置:
design---options---layers
2.加载PCB元器件封装库:
design---ADD/RemoveLibrary,练习图需加载:
PCBFootprints.lib
DCtoDC.lib
GeneralIC.lib
Miscellaneous.lib等四个封装库。
3.选择Design---LoadNets命令,装载网络表文件(在原理图中通过Desing-GreateNetlist命令产生的网络表文件),装载成功的标志是:
在此对话框中没有显示出错误或者警告信息,否则需要修改网络表文件中的封装信息(常见的问题是:
nodenotfound–找不到对应的引脚;netnotfound-找不到网络;componentnotfound–找不到对应的元器件)。
当显示没有错误和警告后,单击“Execute”命令按钮进行装入操作,可以看到元器件已经被添加进来。
4.布局和布线。
方法一:
自动布局和自动布线
(1)在进行元器件布局前,还需要对布局规则进行设置:
design---rules---Placement
(初学时可采用默认值,不管此步,以简化操作)
(2)自动布局:
tools---autoplacement---autoplacer
有两种布局方式,即:
①ClusterPlacer密集布局方式
此种布局方式是根据元器件之间的连接关系将这些元器件划分不同的元器件组,并将这些元器件按照一定的几何位置来进行放置。
该方式适合电路元器件比较少的印制电路板设计。
当选择该选项时,在其下有一个QuickComponentPlacement复选框,可快速进行元器件布局。
②StatisticaPlacer统计布局方式
这种布局方式是根据软件内置的统计算法来布局元器件,使元器件之间的连线距离最短。
此种方式需要输入电源网络名称如VCC和接地网络名称如GND。
当提示UpdatePCBbeforeclosing(在关闭前是否将自动布局的结果更新到PCB文件中)时单击“Yes”。
布线完成后,会看到很多条线,这些线称为:
飞线(也称:
预拉线)。
飞线----是用来显示电路板上各焊盘直接连接关系的一种无电气特性的直线,通过飞线的提示,使得在进行电路设计时,设计者能快速、准确地完成电路的连接。
飞线是根据网络表中定义的管脚连接关系生成的,在引入网络表后,PCB中各元件之间都是采用飞线指示连接关系,直到两节点间布置了铜膜导线。
导线:
是在印制电路板上布置的铜质线路,也称为铜膜导线,用于传递电流信号,实现电路的物理连通。
(3)自动布线规则:
design---rules---Routing
(初学时可采用默认值,不管此步,以简化操作)
(4)自动布线:
atuoroute---all(全局布线);重新布线:
autoroute---restart;拆除已布走线:
Tools---UnRoute
布线完成信息框:
Routingcompletion:
布线完成百分率
Connectionrouted:
通过自动布线已生成的铜膜导线条数
Connectionremaining:
未布通的导线(即飞线)条数
Elapsedroutingtime:
当前状态布线总共所用的时间
方法二:
手动布局和手动布线
(1)加载网络表,把元器件放置到PCB编辑器界面中(能看得见飞线)。
(2)拖动元器件进行手动布局。
(3)选择TopLayer为当前层,单击Place---Line命令,按照飞线提示绘制导线。
对于单层板,一般情况下将铜膜导线放置在BottonLayer层上,而元器件通常放置在TopLayer层上。
对于双层板,则可以通过切换层在两个层面上手动布线。
(4)加宽电源线和地线的宽度:
双击电源线,打开“Track”导线属性对话框即可修改宽度,比如改为40mil。
(5)用相同的方法,完成其它布线操作。
5.进行敷铜处理。
Place---PolygonPlane(此步为可选项)
设置网络为GND,HatchingStyle设置为45-DegreeHatch,Layer设置为BottomLayer,并设置去除死铜,即选取RemovedeadCopper[‘kɔpə]n.铜,设置完成后,单击OK,出现十字光标,绘制敷铜区域,此处将整个电路包围即可。
同理,进行顶层(TopLayer)敷铜处理。
6.对PCB板进行DRC检查,选择:
Tools----DesignRuleCheck,如果有错误,需要参照提示改正相应的错误,直到没有错误为止。
7.PCB打印:
File---Print/Previee产生PCB打印预览文件*.PPC(所有层一起)、
File---SetupPrinter(打印设置)
在设计管理器中单击BrowsePCBPrint选项卡,在左边空白处单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中单击InsertPrintout项,可进行分层打印。
8.PCB报表文件的生成
(1)引脚报表(.DMP):
选中印制板上的所有元器件,Reports---SelectedPins
(2)电路板信息报表(.REP):
Reports---BoardInformation
(3)元器件报表(.bom):
第一步:
file---new---CAMoutputconfiguration,产生.cam文件
第二步:
Tools---GenerateCAMfiles,产生.bom文件
附加资料1:
新手问题与解答
1.什么是Protel99SE的原理图库文件?
答:
在原理图进行绘制时,对每个元器件都有一个图形符号来代替,为了信息交换的方便,就把常用的元器件的图形符号保存在一个以“.lib”为扩展名的文件中,这就是原理图库文件。
2.原理图中的元器件与PCB板中的元器件两者有什么区别?
答:
原理图中的元器件主要是在图纸中作为一种符号来使用,通过符号查看图纸时,对于元器件之间的连接关系比较方便;而PCB板中的元器件,是在印制板的设计和加工以封装形式表现出来,它是以实物形式出现的。
当然两者之间也有联系,原理图中的元器件必须应与PCB板中的元器件相对应,因为电路设计最终是制作PCB板,如果不制作PCB板而仅仅设计原理图,哪怕原理图做得再漂亮,也是没有意义的。
5.如何给建立的数据设置密码?
答:
在已经建立的数据库下的DesignTeam下单击Members,在右边的Admin(即系统管理员)上右键单击,即可为自已的数据库建立密码。
下次打开此数据库时,必须输入密码,否则打不开。
(千万记住密码哟,否则,自己也打不开了)
6.在原理图设计时最先就建立了一个设计数据库,那什么是设计数据库?
答:
设计数据库文件的扩展名是.ddb(DesignDataBase),它把一个设计中所有相关设计文件,如原理图、PCB及各种报表文件等都存储在同一个数据库中,并在同一个设计管理器窗口中显示,而且设计数据库也保存文件夹及设计的层次信息,故设计数据库其实就是完成一项设计任务而建立的各种文档的集合体。
7.Protel99SE中数值的默认单位是什么?
答:
系统默认的数值单位是密耳。
密耳是英制单位,1密耳=0.001英寸,如为10密耳,则为0.01英寸。
即1英寸=1000密耳=2.54cm。
8.各种图纸的大小规格是多少?
答:
Protel99SE中原理图设计共有18种标准图纸规格,具体大小为:
标准图纸代号
公制尺寸cm
标准图纸代号
公制尺寸cm
A4
29.2*19.3
E
106.7*81.3
A3
39.4*29.2
Letter
27.9*21.6
A2
56.6*39.4
Legal
35.6*21.6
A1
80.0*56.6
Tabloid
43.2*27.9
A0
113.3*80.0
OrCADA
25.1*20.1
A
24.1*19.1
OrCADB
39.6*25.1
B
38.1*24.1
OrCADC
52.3*39.6
C
50.8*38.1
OrCADD
82.8*52.3
D
81.3*50.8
OrCADE
108.7*82.8
9.原理图设计时,连接元器件的方法有哪些?
答:
有两种方法连接元器件:
导线连接和网络标号连接。
导线连接元器件一般用于电路连接简单的情况,较直观地体现了实际电路连接。
和导线连接相比,网络标号连接可清楚的知道网络的连接关系。
如何放置“
”这样的网络标号?
在网络标号属性设置的Net对话框中使用“\”表示,例如:
“O\E\”即可产生
。
10.什么是补泪滴?
答:
为了增强电路板的铜膜导线与焊盘(或过孔)连接的牢固性,避免因钻孔而导致断线,往往将导线与焊盘(或过孔)连接处的导线宽度加宽,其形如泪滴,故称为“补泪滴”。
11.印制电路板设计完毕,怎样显示3D界面以及如何查看背面?
答:
单击View主菜单,单击Bordein3D选项,然后在元器件管理器中单击“BrowsePCB3D”选项卡,拖动颜色图即可旋转查看。
10.网络表文件的组成部分有哪些?
答:
网络表包括两大部分:
前一部分是元器件声明,包括了所有用到的元器件的相关信息;后一部分是网络定义。
它们有各自固定的格式与固定的组成部分,缺少其中的任何部分都有可能在PCB自动布线时产生错误。
附加资料2:
设计原理图时的常用元器件名称
电阻(RES1、RES2)、可变电阻(RES4)、二极管(DIODE)、稳压二极管(ZENER3)、普通电容(CAP)、电解电容(CAPACITORPOL、ELECTRO1)、可变电容(CAPVAR)、电感类(INDUCTOR1~INDUCTOR4)、变压器类(TRANS1~TRANS5)、晶体振荡器(CRYSTAL)、三极管(NPN、PNP)、发光二极管(LED)、开关类(SW-PB、SPSPST)、三端集成稳压电路(VOLTRGE)、运算放大器(OPAMP)、连接器类(DB9、DB15、DB25、4HEADER、8HEADER、16PIN)、电桥类(BRIDGE1)、场效应管(JFET-N、JFET-P)、逻辑电路(AND、OR、NOT、NOR、NAND)
只有元器件名称与元器件库中对应时,才能产生元器件符号。
附加资料3:
设计印制板电路时常用元器件直插式封装的封装形式
元器件封装:
是指为了保证实际元器件能够焊接到电路板上而涉及的实际元器件的外形轮廓、引脚、焊盘、元器件型号或元器件值等构成的图形符号。
注:
元器件封装与元器件的功能无关。
元器件封装分类:
直插式元器件封装和表面粘贴元器件封装。
下面是直插式元器件常用封装:
电阻的封装:
AXIAL0.3、AXIAL0.4、AXIAL05……AXIAL1.0
电容的封装:
普通电容:
RAD0.1、RAD0.2、RAD0.3、RAD0.4
电解电容:
RB.2/.4、RB.3/.6、RB.4/.8、RB.5/1.0
二极管的封装:
DIODE0.4、DIODE0.7
三极管和场效应管的封装:
TO-3、TO-18、TO-92A、TO-126、TO-220
电位器的封装:
VR1~VR55
晶体振荡器封装:
XTAL1
三端集成稳压电路封装:
TO-66、TO-220
发光二极管封装:
RAD0.1、RAD0.2、RAD0.3、RAD0.4
双列直插式元器件封装名称:
DIP8、DIP16~DIP64
DB类连接器常用封装:
DB9/F、DB15/F、DB15、DB25/F、DB37/F等
PIN类连接器常用封装:
FLY4、IDC10、IDC16、IDC20、IDC34等
变压器的封装:
(需要加载Transformers.lib元器件库)TRF_EI30_1、TRF_EI30_2等
整流桥的封装:
(需要加载InternationalRectifiers元器件库)D系列,如D-37、D-38、D-44、D-46等
元器件封装命名规则:
元器件类型+引脚距离/引脚数+元器件外形尺寸。
例如:
元器件封装形式为AXIAL0.4时,表示元器件引脚间距为400mil(约等于10mm)的轴形元器件;有极性电容封装为RB.2/.4时,表示电容引脚间距为200mil,电容直径为400mil;无极性电容封装为RAD0.2时,表示电容引脚间距为20
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