工程实践与科技创新1 讲座 印刷电路板的设计

主要内容 基础知识 电路原理图的设计 电路板设计与制作

基础知识 主要内容 Altium Designer软件简介 印刷电路板的基本知识 印制电路板的设计流程 印制电路板的制作

基础知识 软件简介 Altium Designer是一个功能强大的通用电路板设计 软件，简称AD。发展历程如下： 1.1985年-----TANGO 2.1988年-----Protel for DOS 3.1998年-----Protel 98 4.1999年-----Protel 99 5.2000年-----Protel 99 se 6.2001年-----Protel DXP 7.2004年-----Protel DXP 2004 8.2006年-----Altium Designer 6.0 9.2009年-----Altium Designer Winter 09（8.3）

基础知识 软件简介 Altium Designer主要功能: 1.电路原理图设计:SCH、SCHLIB、各种文本编辑器。 2.印刷电路板设计:PCB、PCBLIB、电路板组件管理器。 3.FPGA及逻辑器设计。 Altium Designer主要特点: 功能强大，支持多国语言，完全兼容Protel各版本。

电路板设计流程 新建项目 建立原理图 建立PCB图 打印、转印、腐蚀、钻孔、涂助焊剂 焊接原件，测试电路板功能 元件库 封装库

基础知识 印刷电路板的基本知识 两个概念： 什么是电路原理图？ 是指说明电路中各个元器件的电气连接 关系的图纸。（它不涉及元器件的具体 大小、形状，而只是关心元器件的类型、 相互之间的连接情况。） 什么是印刷电路板？ 是用来安装、固定各个实际电路元器 件并利用铜箔走线实现其正确连接关 系的一块基板。

印刷电路板（ Printed Circuit Board, PCB ） 基础知识 印刷电路板的基本知识 印刷电路板（ Printed Circuit Board, PCB ） 作用：安装、固定支撑各个实际电路元器件并利用 铜箔走线将各种元器件联接起来形成电流通路。 分类： 1.刚性电路板和柔性电路板； 2.酚醛树脂板、环氧树脂板、氮化铝板、碳化硅板等； 3.目前常用的电路板有单层、双面、四层板、六层板等。

基础知识 印刷电路板的基本知识 举例说明： 原理图 元器件 印刷电路板

基础知识 印刷电路板的基本知识 ⑴ 单面板 早期的电路板主要连接较大体积的元器件，由于制造工艺水平不够高，主要是以单面板为主。

基础知识 印刷电路板的基本知识 ⑵ 双面板 集成电路的出现使电路板的布局更加的复杂，因此出现了双面板，即：两面都可以走线的电路板。

基础知识 印刷电路板的基本知识 ⑶ 多层板 多层板的特点是除了顶面、底面走线层外，板子中间还有走线层。 4层板简略图 沉孔 过孔（Via) 顶层（Top layer） 电源/接地板层 (VCC or GND) 沉孔 过孔（Via) 绝缘层 底层（Bottom Layer） 中间层（Mid Layer）VCC or GND 4层板简略图

基础知识 印刷电路板的设计流程 原 理 图 设 计 编 译 生 成 网 络 表 规 划 电 路 板 调 取 则 检 查 加 载 元 件 库 pcb.PrjPcb

基础知识 印刷电路板的设计流程 一般而言，一个电路设计要经过以下步骤： 建立pcb设计工程文件：(.PrjPcb文件)； 2. 绘制电路原理图，对元件属性赋值: (.SchDoc文件)； 3. 编译原理图，以消息方式显示错误； 4. 生成网络表 (.NET文件，系统自动生成）； 5. 生成PCB板图，绘制板框：(.PcbDoc文件)； 6. 调入网络表，完成元件位置布置，设置布线规则，完成全部布线； 7. 电路板规则检查 (.html文件，系统自动生成）。

基础知识 印刷电路板的制作 实验室手工制作电路板的过程 电路设计 打印图纸 转印图纸 修补线条 腐蚀铜箔 去除碳膜 打孔 清洗 涂助焊剂

电路原理图设计 主要教学内容 原理图的设计流程 常用原理图库调用 生成网络表的方法

电路原理图设计 原理图设计流程 ⑴在E盘下建立以自己的学号命名的文件夹里，新建一个 PCB项目工程，点击鼠标右键保存，名字改为“练习1”。

电路原理图设计 设计流程 ⑵点击鼠标右键 “练习1.PrjPcb”,为工程添加原理图文件， 并保存，名字为“练习1”。

电路原理图设计 设计流程 ⑶设置文档选项：在图纸上双击图纸四周的方块电路。

电路原理图设计 设计流程 ⑷安装所有元件库，包括原理图符库和元件封装库。

电路原理图设计 设计流程 ⑸添加图中所有元件，依据原理图进行元器件间的电气联接。 画导线 快捷:PW 注意：要捕捉到 元件的电气节点 才能画正确的线

电路原理图设计 设计流程 ⑹双击元件编辑修改其属性：标识、注释、封装等。

电路原理图设计 设计流程 ⑺编译（规则检查）：没错误，则Messages为空白。 如果有错误，则要把错误修改好，警告有时可以忽略。

电路原理图设计 设计流程 ⑻查看封装管理器，器件的标识、注释栏不能有空白。

电路原理图设计 设计流程 ⑼生成网络表文件（练习1.NET)。

电路原理图设计 常用元件库 ⑴ Miscellaneous Devices.IntLib: 包含常用的电阻、电容、二极管、三极管等的符号； ⑵ Miscellaneous Connectors.IntLib: 包含常用的接插器件等； ⑶ 厂家名称.IntLib: 包含各自厂家生产的元器件的符号和封装，可以在安装目录 下的“库”文件夹中找到。 ※如果库里没有,要自定义其图符及封装。

电路原理图设计 数码管画法 ⑴在工程中新建一个Schematic Library文件，并打开。

电路原理图设计 数码管画法 ⑵放置一个大小合适的矩形。

电路原理图设计 数码管画法 ⑶用画直线和椭圆的命令绘制“8.8.8.”。

电路原理图设计 数码管画法 ⑷放置10个元件管脚：管脚上的十字叉朝外。 双击每个管脚， 修改其名称和编号。 双击每个管脚，

电路原理图设计 数码管画法 绘制完成的数码管：

电路原理图设计 数码管画法 ⑸修改元件名称。 把绘制完成的数码管 文件安装到库中，可 以正常使用该元件。 参考PPT第22页。

电路板设计 主要教学内容 PCB绘图的基础知识 电路板的设计流程 元件放置和走线的原则

电路板设计 基础知识 ⑴ 电路板中常用各个层的含义： Toplayer:顶层走线层（默认红色）； Bottomlayer:底层走线层（默认蓝色）； TopOverlayer:顶层丝印层，用于字符的丝网露印 （默认黄色）； BottomOverlayer:(可选）底层丝印层； KeepOutlayer:禁止层，用于定义PCB板框； Multilayer:穿透层（焊盘镀锡层）； MechanicalLayer1~4:机械层，用于尺寸标注等。

电路板设计 基础知识 ⑵ 常用元件所在的封装库名称 1）PCB Footprints.PCBLIB:大多数常见元件的封装库，如贴片电阻、直插电阻、电容、二、三极管，DIP直插集成电路等，电位器等； 2）Transistors.PCBLIB:晶体管封装库； 3）各个厂家基本上都有自己的元件库； 4）建议把常用的元件封装整理成单独的库文件。

电路板设计 电路板设计流程 ⑴建立PCB文件并保存，名字改成“练习1”。

电路板设计 电路板设计流程 ⑵安装标准PCB封装库和自定义元件封装库。

电路板设计 电路板设计流程 ⑶导入元件，如果有错返回原理图修改。 点击，元件被调出，如下图： 方法1：

电路板设计 电路板设计流程 ⑶导入元件，如果有错返回原理图修改。 点击，元件被调出，如下图： 方法2:

电路板设计 电路板设计流程 元件被调出后，元件之间由飞线连接。飞线代表元件 的连接关系，并不存在PCB中。删除暗红色ROOM。

电路板设计 电路板设计流程 ⑷运行规则检查，把元件上的绿色报警取消。 把勾去掉 复位错 误检查

电路板设计 电路板设计流程 ⑸按照一定的原则排列元件和元件的编号。

电路板设计 电路板设计流程 ⑹规划电路板的大小。 在软件界面下面层的选择中，选中Keep-Out Layer。 即：禁止布线层，来定义板子大小。如下图： 用画线的命令画一个比排列的元件稍微大一些的矩形。 在边框的左下角设定原点： Edit—Origin—Set

电路板设计 电路板设计流程 用上述菜单操作选中电路板的尺寸范围， 重新定义板子的外形。

电路板设计 电路板设计流程 定义图纸大小的过程。 板子大小定义完成的图纸。

电路板设计 电路板设计流程 ⑺定义布线规则：主要修改一下三项。

电路板设计 电路板设计流程 ⑻-1定义最小间距：改为0.3mm。单位快速切换Q键。

电路板设计 电路板设计流程 ⑻ -2定义线粗细：信号线0.5mm，电源线加粗且优先。

电路板设计 电路板设计流程 把VCC网络的线改为0.6mm。 鼠标右键

电路板设计 电路板设计流程 把GND网络的线改为0.8mm。 鼠标右键

电路板设计 电路板设计流程 注意优先权的选择！ 否则布出来的线宽一样

电路板设计 电路板设计流程 ⑻ -3走线层：把Top Layer上的勾去掉，则是底层走线 的单面板；反之是顶层走线的单面板。

电路板设计 电路板设计流程 ⑼手工画线或自动布线，手工修改不合适的线。 把飞线取代即可

电路板设计 电路板设计流程 修改电路前先删除已经布好的线。

电路板设计 电路板设计流程 ⑽布线规则检查。 Messages对话框应该是空白，如果有致命的 错误则要返回电路板图进行修该。

电路板设计 电路板设计流程 ⑾电路板的三维显示。 相同的菜单操作可以切换为2维显示。

电路板设计 电路板设计流程 ⑿电路板的3D显示（立体显示）。 菜单操作：Tools—Legacy Tools—Legacy 3D View

电路板设计 电路板设计流程 ⒀PCB后续处理。 A：加泪滴。（修改布线之前先删除泪滴） 菜单操作：Tools—Teardrops—OK 前后 比较

电路板设计 电路板设计流程 B：铺铜网 单面板只要底层铺铜 双面板铺顶层和底层 *电路板在修改前 首先把铜网删除。

电路板设计 电路板设计流程 C：放置字符串

用向导建立PCB文件的方法（55mm×88mm）： 电路板设计 向导建立PCB 用向导建立PCB文件的方法（55mm×88mm）：

电路板设计 向导建立PCB

电路板设计 向导建立PCB

电路板设计 向导建立PCB

电路板设计 向导建立PCB

电路板设计 元件布局和走线原则 ⑴对于电路板和元器件的要求： 电路板的尺寸：长宽以3：2或4：3为最佳。当大于200mm长和150mm宽时，考虑强度。 高频元器件之间的连线越短越好，隶属于输入或输出电路的元器件之间的距离越远越好。 具有高电位差的元器件应加大与其它连线之间的距离。一般200V/mm比较合适。 发热元器件应该远离热敏元器件。 可以调节的元器件应该注意位置，应该放在比较容易调节的地方，要与整机的面板一致。 太重或发热量多的元器件不宜安装在电路板上。

电路板设计 元件布局和走线原则 ⑵按照电路功能布局： 如果没有特殊要求，尽可能的按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入，从右边输出，从上边输入，从下边输出。 按照电路的流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持一致。 以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑。 数字部分与模拟部分的地线分开。

电路板设计 元件布局和走线原则 ⑶对于布线的要求： 线长：铜线应该尽可能的短。拐角为圆角或斜角。 线宽：一般1-1.5mm的线宽，可以流过2A的电流。但是一般要选择大于0.3mm。手工制板大于0.5mm。 线间距：相临铜线之间的距离应该满足电气安全要求，同时为了便于生产。间距越宽越好，最小间距应该能承受所加的电压的峰值。 屏蔽与接地：铜线的公共地，应该尽可能的放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多的保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。地线的形状最好做成环路或网络状。 顶层、底层走线应尽量相互垂直，避免相互平行，尽量减少过孔的数量。

电路板设计 Altium Designer的绘图单位： Altium Designer提供了两种绘图尺寸的单位：英制（imperial)和公制（Metric)。 1000mil=25.4mm=1英寸。 电阻、电容、集成电路等绝大多数器件的管脚间距是以英制单位定义的。 例如：电阻AXIAL0.3表示管脚间距300mil=7.62mm; 电容RAD0.2间距＝200mil＝5.08mm； 直插IC相邻管脚间距＝100mil=2.54mm。 ※单位切换：“Q”。

电路板设计 基础知识 元件封装的尺寸介绍

电路板设计 对于封装库里没有的元件，必须精确绘制其封装， 才能把PCB设计完整。任何元件的封装错误都可以 导致所设计的电路板报废。绘制元件应注意： （1）测量元件的管脚直径、形状，元件外形的长、宽。 （2）在绘制元件封装时，定义的焊盘(pad）钻孔直径比 测量管脚直径大0.2~0.4mm(经验值），特殊情况可 适当大些；焊盘的外径X,Y尺寸比孔径直径上大0.6 ~0.8mm（经验值，外焊接方便可靠）。 （3）绘制元件外形一般在顶层丝印层进行，也就是显示 在PCB板上的白色文字。 （4）必须定义参考原点，否则在PCB中找不到该元件或 该元件无法移动。

电路板设计 （1）向工程添加一个PCB Library，双击打开， 保存成“自定义封装”的名字。

电路板设计 （2）设置栅格大小：菜单命令为“工具-器件库选项”。 Grid1、2改成10mil和100mil，（为了方便绘图）。

电路板设计 元件封装的知识 （3）在TopoverLayer，绘制元件外形、放焊盘（PP）。

电路板设计 元件封装的绘制方法 （4）修改封装名字：改成PPT要求的footprint名称。

电路板设计 元件封装的绘制方法 （5）设置参考点：即把器件的原点设定在元件附近。 原点

电路板设计 元件封装的绘制方法 （6）绘制第二个元件，其它步骤同上。

作 业 以组为单位，绘制一块印刷电路板。