裝甲兵學(xué)院 王宗祥 李 威

安徽省固鎮(zhèn)縣第一中學(xué) 趙婷婷

裝甲兵學(xué)院 楊道馳

基于Protel 99 SE電路板設(shè)計(jì)問(wèn)題的對(duì)策

裝甲兵學(xué)院 王宗祥 李 威

安徽省固鎮(zhèn)縣第一中學(xué) 趙婷婷

裝甲兵學(xué)院 楊道馳

Protel 99 SE是基于Windows的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件，它不僅可以實(shí)現(xiàn)原理圖的設(shè)計(jì)與繪制，還可以實(shí)現(xiàn)電路板的設(shè)計(jì)與制作。其所具有的強(qiáng)大的便捷功能，卓有成效的檢測(cè)手段和完善靈活的設(shè)計(jì)管理方式，已經(jīng)成為諸多電路設(shè)計(jì)者首選軟件。本文著重闡述了在Protel 99 SE環(huán)境下電路板的設(shè)計(jì)中問(wèn)題的探討，并且給予很好的解決方法。

Protel 99 SE；PCB；電路設(shè)計(jì)；調(diào)試

1.引言

Protel 99 SE是基于Windows的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件，PC平臺(tái)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它集聚了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、微電子工藝與結(jié)構(gòu)學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等多學(xué)科于一體的先進(jìn)技術(shù)，它是在Windows平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件工具。Protel 99 SE是澳大利亞的Protel公司于1999年推出的，并與2000年進(jìn)行了改進(jìn)。Protel 99 SE不僅在繪制原理圖、PCB板布局布線等方面功能非常完善，其具有強(qiáng)大便捷的編輯功能、卓有成效的檢測(cè)手段和完善靈活的設(shè)計(jì)管理方式，已成為眾多電子線路設(shè)計(jì)者首選的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。

Protel 99 SE采用了SmartDoc、Smart-Team、SmartTool三大技術(shù)，采用了客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。為原理圖設(shè)計(jì)和電路板印制提供了交互友好且高效強(qiáng)大的設(shè)計(jì)環(huán)境，如果設(shè)計(jì)者不夠謹(jǐn)慎也容易出現(xiàn)致命性毀壞，本文是基于Protel 99 SE在PCB板設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的“死穴”問(wèn)題著重加以分析解決。

2.PCB圖設(shè)計(jì)流程

雖然PCB設(shè)計(jì)工作紛繁復(fù)雜，但是也有合理的制作流程的，電路設(shè)計(jì)的最終目的就是為了制作電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)是通過(guò)印制電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，原理圖設(shè)計(jì)是前期準(zhǔn)備工作。畫(huà)PCB板按流程，一可以養(yǎng)成良好的習(xí)慣，二可以避免出錯(cuò)。PCB設(shè)計(jì)流程如圖1。

3.印制電路板設(shè)計(jì)及分析

印制電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)印制電路板抗干擾能力影響很大。因此在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守PCB設(shè)計(jì)原則，符合抗干擾的要求。除了以上的原則和要求外，還必須做好印制電路板參數(shù)的設(shè)置及分析,如圖2所示。

3.1 PCB物理邊框設(shè)計(jì)

制作合適封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季?、走線、抗噪聲及散熱來(lái)說(shuō)是基本平臺(tái)，也對(duì)自動(dòng)布局起著約束作用，否則，從原理圖過(guò)來(lái)的元件會(huì)不知所措。但這里一定要注意精確，無(wú)論尺寸是大還是小會(huì)引起散熱不好，造成對(duì)鄰近線產(chǎn)生干擾，還可能造成成本上升。也會(huì)給安裝問(wèn)題就麻煩了；拐角處用圓弧，一可以避免尖角劃傷人，二又可以減輕應(yīng)力作用，如圖3所示。

3.2 元件和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

把元件和網(wǎng)絡(luò)引入畫(huà)好的邊框中應(yīng)該很簡(jiǎn)單，但是往往會(huì)出小問(wèn)題，這時(shí)要按提示錯(cuò)誤一個(gè)一個(gè)地解決；問(wèn)題大致如下：元件的封裝形式找不到，元件網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，有未使用的元件或管腳等，對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)對(duì)照提示可以很快解決問(wèn)題，這里就不在累述。

3.3 元件布局設(shè)計(jì)

元件的布局與走線是印制電路板的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，應(yīng)該需要特別注意的地方。元件布局原則如下：

3.3.1 元件放置順序

先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開(kāi)關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會(huì)被誤移動(dòng)。再放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等，最后放置小器件。

圖1 PCB設(shè)計(jì)流程

3.3.2 注意散熱

元件布局還要特別注意散熱問(wèn)題；對(duì)于大功率電路，應(yīng)該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一處，也不要與高電容太近以免使電解液過(guò)早老化。

3.4 布線設(shè)計(jì)及規(guī)則

合理布線不僅與產(chǎn)品的樣式與結(jié)構(gòu)有關(guān)；而且還影響其性能；具體布線原則。

1)高頻數(shù)字電路走線要細(xì)一些、短一些好；大電流信號(hào)、高電壓信號(hào)與小信號(hào)之間應(yīng)該注意隔離(隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2kv時(shí)板上要距離2mm，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開(kāi)槽。)；

2)兩面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線宜應(yīng)相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸人及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線；

3)走線拐角盡可能大于90度，杜絕90度以下的拐角，也盡量少用90度拐角；同是地址線或數(shù)據(jù)線，走線長(zhǎng)度差異不要太大，否則短線部分要走彎線做補(bǔ)償；走線盡量走在焊接面，特別是通孔工藝的PCB；盡量少用用過(guò)孔及跳線；

4)單面板焊盤必須要大，焊盤相連的線一定要粗，一般的單面板廠家質(zhì)量不會(huì)很好，否則對(duì)焊接和RE－WORK都會(huì)有問(wèn)題；大面積敷銅要用網(wǎng)格狀的，防止板子產(chǎn)生氣泡和因?yàn)闊釕?yīng)力作用彎曲，但在特殊場(chǎng)合下要考慮GND的流向，大小，不能簡(jiǎn)單的用銅箔填充了事；

圖2

圖3

圖4

5)元器件和走線不能太靠邊，一般的單面板多為紙質(zhì)板，受力后容易斷裂，如在邊緣連線或放元器件就會(huì)受到影響；必須考慮生產(chǎn)、調(diào)試、維修的方便問(wèn)題；

對(duì)模擬電路來(lái)說(shuō)處理以上問(wèn)題很重要，對(duì)于功放電路，極微小地噪聲都會(huì)因?yàn)楹蠹?jí)的放大對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響；在高精度A/D轉(zhuǎn)換電路中，如果地線上有高頻分量存在將會(huì)產(chǎn)生一定的溫漂，影響放大器的工作，這時(shí)可在PCB板的四個(gè)拐角處加上去藕和電容，一腳和板子上的地線連，一腳連到安裝孔上去（通過(guò)螺釘和機(jī)殼連），這樣可將此分量濾去，放大器及A/D也就穩(wěn)定。

另外，電磁兼容問(wèn)題在目前人們對(duì)環(huán)保產(chǎn)品倍加關(guān)注的情況下顯得更加重要。一般來(lái)說(shuō)電磁信號(hào)的來(lái)源有3個(gè)：信號(hào)源，輻射，傳輸線。晶振是常見(jiàn)的一種高頻信號(hào)源，在功率譜上，晶振的各次諧波能量值會(huì)明顯高出平均值?？尚械淖龇ㄊ强刂菩盘?hào)的幅度，晶振外殼接地，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行屏蔽，采用特殊的濾波電路及器件等。

需要特別說(shuō)明的是蛇形走線，因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合不同其作用也不同，在電腦的主板中用在一些時(shí)鐘信號(hào)上，如PCICIK、AGPCIK，它的作用有兩點(diǎn)：

1)阻抗匹配；

2)濾波電感。

對(duì)一些重要信號(hào)，如INTELHUB架構(gòu)中的HUBLink一共13根，頻率可達(dá)233MHz，要求必須嚴(yán)格等長(zhǎng)，以消除時(shí)滯造成的隱患，這時(shí)，蛇形走線是唯一的解決辦法。一般來(lái)講，蛇形走線的線距等于或大于2倍的線寬；若在普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機(jī)天線的電感線圈等。

3.5 PCB板調(diào)整完善

完成布線后，要做的就是對(duì)文字、個(gè)別元件、走線做些調(diào)整以及敷銅(不宜太早，否則會(huì)影響速度，又給布線帶來(lái)麻煩)，同樣是為了便于進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、維修。

敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，可以鋪GND的銅箔，也可以鋪VCC的銅箔(但這樣一旦短路容易燒毀器件，最好接地，除非不得已用來(lái)加大電源的導(dǎo)通面積，以承受較大的電流才接VCC)。包地則通常指用兩根地線(TRAC)包住一撮有特殊要求的信號(hào)線，防止它被別人干擾或干擾別人。

3.6 PCB板檢查與核對(duì)網(wǎng)絡(luò)

設(shè)計(jì)者有時(shí)候會(huì)因?yàn)檎`操作或疏忽造成所畫(huà)的板子的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與原理圖不同，這時(shí)檢察核對(duì)是很有必要的；首先應(yīng)先核對(duì)，再進(jìn)行后續(xù)工作，如圖4。

完成以上工作后，還可進(jìn)行軟件仿真；特別是高頻數(shù)字電路，這樣可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少調(diào)試工作量。

4.結(jié)束語(yǔ)

最強(qiáng)大的功能體現(xiàn)在印制電路板的設(shè)計(jì)上，本文著重介紹了印制電路板的設(shè)計(jì)及存在的問(wèn)題探討并在分析的基礎(chǔ)上給予了解決。希望能給設(shè)計(jì)者很好的幫助，如能依據(jù)上述程序，一定會(huì)起到事半功倍的效果。

[1]王延才.電路線路CAD Protel 99 SE[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社(2版),2007.

[2]宗榮芳.基于Protel DXP的電路仿真設(shè)計(jì)[J].電子工程師,2005,31(1):40-41,47.

[3]張金美等.基于Protel 99 SE的模擬電路的仿真分析與設(shè)計(jì)[J].信息化研究,2010(3).

[4]武朝華等.基于Protel 99 SE的模擬電路仿真分析[J].科技信息(學(xué)術(shù)版),2007,29．

李威（1983—），安徽靈璧人，裝甲兵學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心教員，主要從事電子信息工程的教學(xué)與研究工作。

趙婷婷（1982—），女，安徽固鎮(zhèn)人，安徽省固鎮(zhèn)一中教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及電子信息工程的研究。

王宗祥（1970—），安徽全椒人，裝甲兵學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心教員，主要從事單片機(jī)、微機(jī)測(cè)控技術(shù)的軟、硬件設(shè)計(jì)及教學(xué)工作。