基于Protel的PCB板图设计

        Protel是Altium公司推出的电路辅助设计系统，是第一个将所有的设计工具集成于一身的板级设计系统。在原理图已完成的基础上利用Protel进行PCB设计一般应遵循确定外形、布局、布线、规则检查等几个步骤。本文分析了布局、布线的基本原则，探讨了在整个PCB设计过程中的一些经验和技巧。
随着计算机的普及，电子CAD技术已不仅仅是高层次专业人员设计大规模集成电路的专用工具，特别是Protel软件的出现，使一般的工程技术人员也可以用它处理日常工作中的电路设计问题，提高工作效率。Protel是目前电路辅助设计（EDA）行业中使用最方便、操作最快捷、人性化界面最好的辅助工具，也是在中国用得最多的EDA工具。本文以Protel99 SE为设计工具，分析和探讨PCB设计中的基本原则及经验技巧。
一、快速确定PCB外形
设计PCB先要确定电路板的外形，通常就是在禁止布线层画出电气的布线范围。除非有特殊要求，一般电路板的形状都为矩形，长宽比一般为3：2或者4：3较为理想。在画之前可以任意画出两条横线和两条竖线，然后利用“放置工具条”里的“设置原点”工具将某一条线段的端点设为原点即坐标为（0，0），之后双击每一条线段，对其起点和终点的坐标值进行相应的更改，使4条线段首尾相接，形成一个封闭的矩形框，电路板的外型确定也就完成了。如果在画图的过程中需要调整电路板的大小，只要修改每条线段的相应坐标值即可。从成本、敷铜线长度、抗噪声能力考虑，电路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，则散热不良，且相邻的导线容易引起干扰。不过，当电路板的尺寸大于200mm×150mm时，应该考虑电路板的机械强度，适当加装固定孔，以便起到支撑的作用。


       

二、元件布局
开始布局之前首先要通过网络表载入元器件，这个过程中经常会遇到网络表无法完全载入的错误，主要可归为两类：一类是找不到元件，解决方法是确认原理图中已定义元件的封装形式，并确认已添加相应的PCB元件库，若仍找不到元件就要自己造一个元件封装了；另一类是丢失引脚，最常见的就是二极管、三极管的引脚丢失，这是由于原理图中的引脚一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引脚则是数字1、2、3，解决方法就是更改原理图的定义，或者更改PCB元件的定义使其一致即可。有经验的设计者一般都会根据实际元件的封装外形建立一个自己的PCB元件库，使用方便而且不易出错。
进行布局时，必须要遵循一些基本规则：
（1）特殊元件特殊考虑。高频元件之间要尽量靠近，连线越短越好；具有高电位差的元件之间距离尽量加大；重量大的元器件应该有支架固定；发热的元件应远离热敏元件并加装相应的散热片或置于板外；电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，以方便调节为准。总之，一些特殊的元器件在布局时要从元件本身的特性、机箱的结构、维修调试的方便性等多方面综合考虑，以保证做出一块稳定、好用的PCB板。
（2）按照电路功能布局。如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，通常情况下信号从左边输入、右边输出，从上边输入、下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅并保持方向一致。另外，数字电路部分一定要与模拟电路部分分开布局，以减少干扰。
（3）丝印层的文字标注。为方便电路的安装和维修，一般要在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号，例如元件标号和标称值、元件外廓形状、厂家标志等等，不少初学者经常略去丝印层的设计，或者只注意文字符号放置的整齐美观，而实际制出PCB板后，板上的字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹除，还有的把元件标号打在相邻元件上，造成装配和维修的不便。正确的丝印层字符布置原则应该是不出歧义、见缝插针、美观大方。


       

三、布线
这是PCB设计中的一个非常重要的环节，PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式有两种：自动布线及交互式布线。在布线过程中要注意以下几个问题：
（1）线长。敷铜线要尽可能短，在高频电路中更应如此。敷铜线的拐弯处应为圆角或斜角，直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。另外，在双面布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。
（2）线宽。敷铜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于0.2mm，如果板面积足够大，敷铜线宽度最好不要低于0. 3mm。地线与电源线的关系是：地线>电源线>信号线，通常电源线宽度为1.2-2.5mm，信号线宽度为 0.2-0.3mm。
（3）线间距。相邻敷铜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值，一般要求2000V电位差之间的敷铜线距离应该大于2mm。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。通常线间距最好不要低于0.3 mm。
（4）屏蔽与接地。敷铜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。
四、结束语
PCB板图的设计是一个复杂而又简单的过程。对于同一个电路或者同一台仪器，即使元件和参数完全相同的电路，由于元件布局设计和电气连线方向的不同会产生不同的结果，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印刷线路板元件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑，合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的嗓声干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。