基于Protel對(duì)PCB設(shè)計(jì)的基本原則和技巧介紹

隨著計(jì)算機(jī)的普及，電子CAD技術(shù)已不僅僅是高層次專業(yè)人員設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路的專用工具，特別是Protel軟件的出現(xiàn)，使一般的工程技術(shù)人員也可以用它處理日常工作中的電路設(shè)計(jì)問題，提高工作效率。Protel是目前電路輔助設(shè)計(jì)（EDA）行業(yè)中使用最方便、操作最快捷、人性化界面最好的輔助工具，也是在中國(guó)用得最多的EDA工具。本文以Protel99 SE為設(shè)計(jì)工具，分析和探討PCB設(shè)計(jì)中的基本原則及經(jīng)驗(yàn)技巧。

一、快速確定PCB外形

設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形，通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求，一般電路板的形狀都為矩形，長(zhǎng)寬比一般為3：2或者4：3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線，然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為（0，0），之后雙擊每一條線段，對(duì)其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的更改，使4條線段首尾相接，形成一個(gè)封閉的矩形框，電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小，只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可。從成本、敷銅線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。不過，當(dāng)電路板的尺寸大于200mm×150mm時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度，適當(dāng)加裝固定孔，以便起到支撐的作用。

二、元件布局

開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件，這個(gè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯(cuò)誤，主要可歸為兩類：一類是找不到元件，解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式，并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫，若仍找不到元件就要自己造一個(gè)元件封裝了；另一類是丟失引腳，最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失，這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3，解決方法就是更改原理圖的定義，或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者一般都會(huì)根據(jù)實(shí)際元件的封裝外形建立一個(gè)自己的PCB元件庫，使用方便而且不易出錯(cuò)。

進(jìn)行布局時(shí)，必須要遵循一些基本規(guī)則：

（1）特殊元件特殊考慮

高頻元件之間要盡量靠近，連線越短越好；具有高電位差的元件之間距離盡量加大；重量大的元器件應(yīng)該有支架固定；發(fā)熱的元件應(yīng)遠(yuǎn)離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外；電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，以方便調(diào)節(jié)為準(zhǔn)。總之，一些特殊的元器件在布局時(shí)要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮，以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。

（2）按照電路功能布局

如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局，通常情況下信號(hào)從左邊輸入、右邊輸出，從上邊輸入、下邊輸出。按照電路流程，安排各個(gè)功能電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢并保持方向一致。另外，數(shù)字電路部分一定要與模擬電路部分分開布局，以減少干擾。

（3）絲印層的文字標(biāo)注

為方便電路的安裝和維修，一般要在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號(hào)，例如元件標(biāo)號(hào)和標(biāo)稱值、元件外廓形狀、廠家標(biāo)志等等，不少初學(xué)者經(jīng)常略去絲印層的設(shè)計(jì)，或者只注意文字符號(hào)放置的整齊美觀，而實(shí)際制出PCB板后，板上的字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹除，還有的把元件標(biāo)號(hào)打在相鄰元件上，造成裝配和維修的不便。正確的絲印層字符布置原則應(yīng)該是不出歧義、見縫插針、美觀大方。

三、布線

這是PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線。在布線過程中要注意以下幾個(gè)問題：

（1）線長(zhǎng)

敷銅線要盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)如此。敷銅線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。另外，在雙面布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。

（2）線寬

敷銅線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于0.2mm，如果板面積足夠大，敷銅線寬度最好不要低于0. 3mm。地線與電源線的關(guān)系是：地線>電源線>信號(hào)線，通常電源線寬度為1.2-2.5mm，信號(hào)線寬度為 0.2-0.3mm。

（3）線間距 ?

相鄰敷銅線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時(shí)為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值，一般要求2000V電位差之間的敷銅線距離應(yīng)該大于2mm。在布線密度低的情況下，間距應(yīng)該盡可能的大。通常線間距最好不要低于0.3 mm。

（4）屏蔽與接地

敷銅線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。

四、結(jié)論

PCB板圖的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過程。對(duì)于同一個(gè)電路或者同一臺(tái)儀器，即使元件和參數(shù)完全相同的電路，由于元件布局設(shè)計(jì)和電氣連線方向的不同會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，其結(jié)果可能存在很大的差異。因而，必須把如何正確設(shè)計(jì)印刷線路板元件布局的結(jié)構(gòu)和正確選擇布線方向及整體儀器的工藝結(jié)構(gòu)三方面聯(lián)合起來考慮，合理的工藝結(jié)構(gòu)，既可消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的嗓聲干擾，同時(shí)便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與檢修等。