电路设计的最终目的是生产制作电子产品,各种电子产品的使用功能与物理结构都是通过印制电路板来实现的。印制电路板(PCB)是电子设备中的重要部件之一,其设计和制造是影响电子设备的质量、成本的基本因素之一。因此,印制电路板(PCB)设计质量直接影响着电子产品的性能。2002年7月底由Altium公司发布的Protel DXP电路设计软件,由于其良好的操作性等优点已成为电路设计者的新宠[1]。本文以Protel DXP为设计平台对PCB板主要设计步骤及其内容进行了分析,以提高电路板备板的制作效率及可靠性。
一.原理图设计
原理图设计是整个Protel工程的开始,是PCB文档设计乃至最后制版的基础。一般设计程序是:首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小,即建立工作平面;然后从元器件库中取出所需元件放到工作面上,并给它们编号、对其封装进行定义和设定;最后利用Protel DXP提供的工具指令进行布线,将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来,对整个电路进行信号完整性分析,确保整个电路无误。
1. 电路板规划
电路板规划的主要目的是确定其工作层结构,包括信号层、内部电源/接地层、机械层等。通过执行菜单命令Design“Board Layers,在打开的对话框中可以控制各层的显示与否,以及层的颜色等属性设置。如果不是利用PCB向导来创建一个电路板文件的话,就要自己定义PCB的形状和尺寸。绘制时需单击工作窗口底部的层标签,再由Place“Keepout 命令来单独定义。该操作步骤实际上就是在Keep Out Layer(禁止布线层)上用走线绘制出一个封闭的多边形,而所绘多边形的大小一般都可以看作是实际印制电路板的大小。
2. 元器件的选择
对元器件的选择要严格遵循设计要求。在Protel DXP软件中,常用的分立元件和接插件都在软件分目录Library 下Miscellaneous Device. Intlib和Miscellaneous Connectors. Intlib 两个集成元件库中。其它的元件主要按元器件生产厂商进行分类,提供了型号丰富的集成库。但是有时候出于个人设计的需要,设计者无法在库文件中找到完全匹配的元器件,此时就只有通过制作工具绘制所需元器件。需要注意的是,绘制元件时一般元件均放置在第四象限,象限交点即为元件基准点。
3.元器件的布局
Protel DXP 提供了强大的自动布局功能,在预放置元件锁定的情况下,可用自动布局放置其他元件。执行命令Tools“Auto Placement“Auto Placer,在Auto Place 对话框中选择自动布局器。Protel DXP提供两种自动布局工具:Cluster Placer 自动布局器使用元件簇算法,将元件依据连接分为簇,考虑元件的几何形状,用几何学方法布放簇,这种算法适用于少于100 个元件的情况;Global Placer 自动元件布局器使用基于人工智能的模拟退火算法,分析整个设计图形,考虑线长、连线密度等,采用统计算法,适用于更多元件数量的板图。自动布局较方便,但产生的板并不是最佳方案,仍需要手工调整。
3.元器件的连线
连线很讲究原则和技巧,走线应尽量美观、简洁。一些设计人员在初期使用Protel DXP进行设计时,只在表象上将元件连起,而出现“虚点”。导致在生成网络报表时出错。好的设计习惯是打开电气网络,使连线可以轻松连接到一个不在捕获网络上的实体;打开在线DRC,监控布线过程,违反规则的设计被立即显示出来。完成预布线后,为了在自动布线时保持不变,需要对预布线锁定。打开菜单Edit“Find Similar Objects,选择要锁定的对象。自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线的结果为手工调整提供参考。
二.电路仿真分析
所谓仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各关键点的输出波形。电路的仿真是否成功取决于电路原理图、元器件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等因素。仿真时首先通过Analyses setup对话框设置仿真方式并制定要显示的数据。该软件提供了解种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、噪声、传输函数、参数扫描等。设置好仿真环境后单击OK按钮,系统自动进行电路仿真并显示分析结果。通过对仿真结果的分析,设计者可以对电路进行合理的调整,直到完全满意。最后将设计好的原理图通过打印输出,以供制版使用。
三.制版工艺流程
1.双面制板工艺流程(简述)
电路设计→覆箔板下料→表面处理→打印电路图→热转印→补缺 →腐刻(浸泡在1:4FeCl3溶液中腐刻)→去膜→涂助焊、防氧化剂 →→钻孔→焊接元件→检查调试 →检验包装→成品。
2.双面制板工艺流程(简述)
双面覆铜板→下料→裁板→数控钻导通孔→检验、去毛刺刷洗→化学镀(导通孔金属化) →(全板电镀薄铜) →检验刷洗→网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影) →检验、修板→线路图形电镀→电镀锡(抗蚀镍/金) →去印料(感光膜) →蚀刻铜→(退锡) →清洁刷洗→网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油) →清洗、干燥→网印标记字符图形、固化→(喷锡或有机保焊膜) →外形加工→清洗、干燥→电气通断检测→检验包装→成品。其详细说明这里不再赘述。
3.需要注意的问题
在初次表面处理时,需要用P240-320之间的水沙纸打磨覆铜表面,去除表面的氧化层。并且用5%FeCl3溶液浸泡1分钟,以增强印墨的粘敷力。腐刻溶液的温度最好在25℃左右。助防氧化剂是把松香按照:10的体积比,放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。钻孔时,按所装元件脚的直径φ+0.2mm,选择最接近标称值的钻头。
四.结束语
在集成电路不断发展的时代,计算机辅助技术(CAD)突飞猛进。熟练掌握Protel DXP软件,将极大提高电子线路的设计质量和效率。但要设计和制作出一块优良的PBC板,还需要不断的学习和实践。因此,广大电子工程设计人员要在不断的实践中去体会,通过总结经验努力提高设计和制作水平。
本文关键字：电路板 电工技术，电工技术 - 电工技术
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