電子設計技術的核心就是EDA技術,EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟件系統,是指以計算機為工作平臺,融合應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包,進行電子產品的自動設計,主要能進行三方面的設計工作,IC設計、電子電路設計和PCB設計。

目前在我國PCB設計用的最多應屬PROTEL公司在20世紀80年代末推出的CAD工具,是PCB設計者的首選軟件。它較早在國內使用,普及率最高,包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計。工具使用多層印制線路板的自動布線,可實現高密度PCB的100%布通率。

1 原理圖的設計

1.1 建立原理圖

原理圖的建立是PCB生產的第一步,主要是確定電路的邏輯符號與物理器件的映射,即選擇設計規則、工藝規則、制造規則,編制元件表,在布線前制定出網絡信息。其邏輯元件來源于CAD軟件的龐大邏輯元件庫,通過計算機的編輯功能,在字符顯示器上由鍵盤輸入,并經圖表系統,做成電路圖。

(1)設置Protel系統參數。

①設置圖紙大小：打開Protel 99SE/Schematic后,首先要構思好電路圖的規模和復雜程度確定,可使用菜單命令Design/Options,在系統彈出“Document Options”對話框中設置。

②設置Protel 99 SE/Schematic設計環境：包括設置網格大小和類型,光標類型等?？墒褂貌藛蚊?/span>Tools/Prefence,在彈出的“Prefence” (參數)對話框的“GraphicalEditing” 選項卡中設置線性網絡(Line Grid),設置大光標、小光標和交叉45度光標。

(2)加載Protel元件庫。

如果在元件數據庫中沒有相應的數據,用戶可自己增加建立新的邏輯元件。元件庫對于設計模擬、元件配置、布線、不同的制造工藝等來說是個十分重要的庫。制作時,如果將所有的工藝條件都包羅進去,工作量太大,也沒有必要,可將不同的表面貼裝工藝做成最小限度的數據準備。

(3)規劃電路板。

規劃電路板的輪廓尺寸,采用幾層電路板,確定各元器件采取那種封裝及安置位置。

(4)設置參數。

執行菜單命令Tool/Preference,在系統彈出的Preference對話框中設置參數,主要設置參數元件參數和板層參數。執行菜單命令Design/Rules,可以設置布線參數等。有些參數用默認值即可。

(5)報表生成。

Protel 99SE提供了各種報表工具,可以生成各種報表。執行菜單命令Tools/ERC可生成電器規則檢查表;執行菜單命令Design/createNetlist,可以生成網絡表。為后續的電路板設計做準備;執行菜單REPORT/bill of meterrial,可以生成元器件列表。

(6)裝入網絡表及元器件封裝。

只有裝入網絡表,才對印制電路板自動布線。執行菜單命令Design/Load Nets,在彈出的裝入網絡表及元器件對話框中,在Netlistfile輸入框中,輸入由電路原理圖生成的網絡表文件名,單擊Execute按鈕。元件封裝即元件外形,每一個裝入的元件都必須有相應的外形封裝,這樣才能保證印制電路板布線的順利進行。

2 PCB的設計

印制電路板PCB(printed circuit boards)是提供電子元器(部)件安裝與插接時的主要支撐體。經特定的電路設計,將連接電子元器件、部件的線路繪制成配線圖形,再將此圖案制作成膠片,然后在銅箔層板上經過圖形顯像、鉆孔、電鍍、蝕刻等加工過程,制成所需印制電路板,故印制電路板是組裝電子零件之前的基板。

2.1 PCB的設計流程

從原理圖到PCB的設計流程：建立元件參數→輸入原理網表→設計參數設置→手工布局→手工布線→驗證設計→復查→CAM輸出。

2.2 建立元件參數的注意事項

參數設置相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產,間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線密度較低時,信號線的間距可適當地加大,對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設為8mm。

焊盤內孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。當與焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開。

2.3 布局的注意事項

元器件布局實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印制電路板設計不當,也會電子設備的可靠性產生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,因此,在設計印制電路板的時候,應注意采用正確的方法。

3 布線的注意事項

PCB上任何印制線都可以起到天線的作用,印制線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗,從而影響頻率響應。即使是通過直流信號的印制線也會從鄰近的印制線耦合到射頻信號并造成電路問題(甚至再次輻射出干擾信號)。因此應將所有通過交流電流的印制線設計得盡可能短而寬,這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長度與其表現出的電感量和阻抗成正比,而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。長度反映出印制線響應的波長,長度越長,印制線能發送和接收電磁波的頻率越低,它就能輻射出更多的射頻能量。根據印制線路板電流的大小,盡量加租電源線寬度,減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和電流的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。接地是開關電源四個電流回路的底層支路,作為電路的公共參考點起著很重要的作用,它是控制干擾的重要方法。因此,在布局中應仔細考慮接地線的放置,將各種接地混合會造成電源工作不穩定。在地線設計中應注意以下幾點。

3.1 正確選擇單點接地通常

濾波電容公共端應是其它的接地點耦合到大電流的交流地的唯一連接點,同一級電路的接地點應盡量靠近,并且本級電路的電源濾波電容也應接在該級接地點上,主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的,因實際流過的線路的阻抗會導致電路各部分地電位的變化而引入干擾。在本控制板中,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而采用一點接地,即將電源開關電流回路(中的幾個器件的地線都連到接地腳上,輸出整流器電流回路的幾個器件的地線也同樣接到相應的濾波電容的接地腳上,這樣電源工作較穩定,不易自激。做不到單點時,在共地處接兩二極管或一小電阻,其實接在比較集中的一塊銅箔處就可以。

3.2 全局布線

盡量加粗接地線若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞,因此要確保每一個大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是：地線＞電源線＞信號線,如有可能,接地線的寬度應大于3mm,也可用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。進行全局布線的時候,還須遵循以下原則。

（1）布線方向：從焊接面看,元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致,布線方向最好與電路圖走線方向相一致。

（2）印刷電路中不允許有交叉電路,對于可能交叉的線條,可以用 “鉆” 、 “繞” 兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處 “鉆” 過去,或從可能交叉的某條引線的一端 “繞” 過去。

3.3 輸入地與輸出地

輸入地與輸出地本開關電源中為低壓的DC－DC,欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級,兩邊的電路應有共同的參考地,所以在對兩邊的地線分別鋪銅之后,還要連接在一起,形成共同的地。

4 結語

本文應用Protel 99SE設計了數控操作面板印制電路板,在設計之前做了充足準備,力求該印制電路板滿足實際電路指標要求：電路原理圖設計正確、元器件布局合理、印制電路板設計合乎實際電路要求。經實驗證明可以應用于實際電路中。并且該印制電路板設計時完全采用手工布局,布線。簡化了電路走線,通過合理布局,布線可以比較容易觀察電路,便于查找和解決問題。