《元器件布局》PPT课件.ppt

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1、 第第7 7章章 元器件布局布线元器件布局布线目目 录录7.1 7.1 电路板设计的基本流程电路板设计的基本流程 7.2 7.2 设置电路板类型设置电路板类型 7.3 7.3 规划电路板规划电路板 7.4 7.4 准备电路板设计的原理图文件和准备电路板设计的原理图文件和 网络表文件网络表文件 7.5 7.5 载入网络表文件和元器件封装载入网络表文件和元器件封装 7.6 7.6 元器件布局元器件布局 7.7 7.7 巩固练习巩固练习 小结小结 在原理图和网络表准备好后，就可以进在原理图和网络表准备好后，就可以进行电路板设计了。行电路板设计了。PCB PCB电路板设计主要包括两部分内容：电路板设计

2、主要包括两部分内容：元器件布局和电路板的布线。元器件布局和电路板的布线。本章主要介绍元器件布局的知识，电路本章主要介绍元器件布局的知识，电路板布线将在下一章介绍。板布线将在下一章介绍。7.1 7.1 电路板设计的基本流程电路板设计的基本流程图图7-1 7-1 电路板设计的基本流程电路板设计的基本流程 1 1准备原理图和网络表准备原理图和网络表 2 2设置环境参数设置环境参数 3 3规划电路板规划电路板 4 4载入网络表和元器件封装载入网络表和元器件封装 5 5元器件布局元器件布局 6 6电路板布线电路板布线 7 7地线覆铜地线覆铜 8 8设计规则检查设计规则检查 7.2 7.2 设置电路板类型

3、设置电路板类型 一般地，根据电路板工作层面的多少可一般地，根据电路板工作层面的多少可将电路板分为单面板、双面板和多层板将电路板分为单面板、双面板和多层板3 3种种类型。类型。在进行电路板设计之前，应当先设置电在进行电路板设计之前，应当先设置电路板的类型，它属于规划电路板的范畴。路板的类型，它属于规划电路板的范畴。（1 1）选择电路板类型。）选择电路板类型。（2 2）设置电路板类型。）设置电路板类型。（3 3）设置工作层面参数。）设置工作层面参数。1 1图层堆栈管理器图层堆栈管理器 （1 1）在）在PCBPCB编辑器中，执行菜单命令【编辑器中，执行菜单命令【DesignDesign】/【Laye

4、r Stack ManagerLayer Stack Manager】，】，打开【打开【Layer Stack ManagerLayer Stack Manager】（图层堆栈】（图层堆栈管理器）对话框，如图管理器）对话框，如图7-27-2所示。所示。图图7-2 7-2 图层堆栈管理器对话框图层堆栈管理器对话框 （2 2）单击按钮，可以打开如图）单击按钮，可以打开如图7-37-3所示所示的菜单命令列表。的菜单命令列表。（3 3）在本例中，将）在本例中，将PCBPCB电路板设置为双电路板设置为双面板，其他参数均为默认参数。面板，其他参数均为默认参数。图图7-3 7-3 【MenuMenu】菜单命

5、令列表】菜单命令列表 系统提供系统提供的电路板的电路板模板模板 2 2设置工作层面的显示设置工作层面的显示/隐藏属性隐藏属性 图图7-4 7-4 工作层面显示工作层面显示/隐藏属性设置对话框隐藏属性设置对话框 图图7-5 7-5 工作层面切换标签工作层面切换标签 3 3设置工作层面的颜色设置工作层面的颜色 图图7-6 7-6 工作层面设置对话框工作层面设置对话框 图图7-7 7-7 工作层面颜色设置对话框工作层面颜色设置对话框 图图7-8 7-8 工作层面颜色配置对话框工作层面颜色配置对话框 7.3 7.3 规划电路板规划电路板 规划电路板除了前面介绍的设置电路板规划电路板除了前面介绍的设置电

6、路板类型外，还需要定义电路板的外形、电气类型外，还需要定义电路板的外形、电气边界和安装孔等。边界和安装孔等。通常规划电路板时可按照如图通常规划电路板时可按照如图7-97-9所示所示的步骤进行。的步骤进行。在进行电路板设计之前，必须首先明确在进行电路板设计之前，必须首先明确电路板的形状，并预估其大小，然后再设电路板的形状，并预估其大小，然后再设置电路板的边界和放置安装孔。置电路板的边界和放置安装孔。电路板的边界包括物理边界和电气边界，电路板的边界包括物理边界和电气边界，物理边界是定义在机械层上的，而电气边物理边界是定义在机械层上的，而电气边界是定义在禁止布线层上的。界是定义在禁止布线层上的。通常

7、情况下，制板商认为物理边界与电通常情况下，制板商认为物理边界与电气边界是重合的，因此在定义电路板的边气边界是重合的，因此在定义电路板的边界时，可以只定义电路板的电气边界。界时，可以只定义电路板的电气边界。图图7-9 7-9 规划电路板的流程规划电路板的流程图图7-10 7-10 放置好的放置好的4 4条线段条线段 图图7-11 7-11 修改下边界线段的坐标修改下边界线段的坐标 2 2放置安装孔放置安装孔 图图7-12 7-12 调整好的电气边界调整好的电气边界图图7-13 7-13 修改电路板安装孔的尺寸修改电路板安装孔的尺寸 图图7-14 7-14 放置安装孔的结果放置安装孔的结果 7.4

8、 7.4 准备电路板设计的原理图文件和网准备电路板设计的原理图文件和网络表文件络表文件 一般来讲，在规划电路板之前，原理图一般来讲，在规划电路板之前，原理图已经准备好，并且经过编译和检查确保无已经准备好，并且经过编译和检查确保无误了。误了。本章以前面绘制的本章以前面绘制的“指示灯显示电路指示灯显示电路.Sch”.Sch”原理图为例，向读者介绍原理图为例，向读者介绍PCBPCB电路板电路板的设计全过程。的设计全过程。准备好的原理图如图准备好的原理图如图7-157-15所示。所示。图图7-15 准备好的原理图文件准备好的原理图文件图图7-16 7-16 生成的网络表文件生成的网络表文件 7.5 7

9、.5 载入网络表文件和元器件封装载入网络表文件和元器件封装 在原理图和电路板规划工作完成后，就在原理图和电路板规划工作完成后，就需要将原理图的设计信息传递到需要将原理图的设计信息传递到PCBPCB编辑器编辑器中进行电路板的设计。中进行电路板的设计。从原理图向从原理图向PCBPCB编辑器传递的设计信息编辑器传递的设计信息主要包括网络表文件、元器件的封装和一主要包括网络表文件、元器件的封装和一些设计规则信息。些设计规则信息。Protel 99SE Protel 99SE实现了真正的双向同步设实现了真正的双向同步设计，网络表与元器件封装的载入既可以通计，网络表与元器件封装的载入既可以通过在原理图编辑

10、器内通过执行菜单命令【过在原理图编辑器内通过执行菜单命令【DesignDesign】/【Update PCBUpdate PCB】来更新】来更新PCBPCB文文件来实现，也可以在件来实现，也可以在PCBPCB编辑器内通过执行编辑器内通过执行菜单命令【菜单命令【DesignDesign】/【Load NetsLoad Nets】来】来导入网络表文件来实现。导入网络表文件来实现。但是，需要强调的是，在载入网络连接但是，需要强调的是，在载入网络连接与元器件封装之前，必须先载入元器件封与元器件封装之前，必须先载入元器件封装库，否则将导致网络表和元器件封装的装库，否则将导致网络表和元器件封装的载入失败。

11、载入失败。如果所需的元器件封装在系统提供的元如果所需的元器件封装在系统提供的元器件封装库中查找不到，则还应当首先制器件封装库中查找不到，则还应当首先制作该元器件封装。作该元器件封装。具体元器件封装的制作方法请参考后面具体元器件封装的制作方法请参考后面章节的内容。章节的内容。7.5.1 7.5.1 载入元器件封装库载入元器件封装库 在在Protel 99SEProtel 99SE中，常用的元器件封装中，常用的元器件封装库主要包括以下几个元器件封装库：库主要包括以下几个元器件封装库：（1 1）（2 2）General General （3 3）图图7-17 PCB7-17 PCB编辑器管理窗口编辑

12、器管理窗口 图图7-18 7-18 载入载入/删除元器件库对话框删除元器件库对话框 图图7-19 7-19 添加元器件封装库文件的结果添加元器件封装库文件的结果 图图7-20 7-20 载入元器件封装库文件载入元器件封装库文件 的结果的结果 7.5.2 7.5.2 利用原理图编辑器设计同步器更利用原理图编辑器设计同步器更新网络表文件和元器件封装新网络表文件和元器件封装 载入元器件封装库文件后，接下来就可载入元器件封装库文件后，接下来就可以执行载入网络表和元器件封装的操作了。以执行载入网络表和元器件封装的操作了。Protel 99SE Protel 99SE为用户提供了两种简捷的为用户提供了两种

13、简捷的载入网络表和元器件封装的方法：一种是载入网络表和元器件封装的方法：一种是利用原理图编辑器中的设计同步器更新利用原理图编辑器中的设计同步器更新PCBPCB电路板的网络表和元器件封装；另一种是电路板的网络表和元器件封装；另一种是在在PCBPCB编辑器中载入元器件封装和网络表。编辑器中载入元器件封装和网络表。图图7-21 7-21 更新更新PCBPCB电路板设计对话框电路板设计对话框图图7-22 7-22 预览更新的详细信息预览更新的详细信息图图7-23 7-23 更新网络表和元器件封装后的更新网络表和元器件封装后的PCBPCB电路板设计电路板设计 7.5.3 7.5.3 在在PCBPCB编辑

14、器中载入网络表文件编辑器中载入网络表文件和元器件封装和元器件封装 在在PCBPCB编辑器中，利用系统提供的载入编辑器中，利用系统提供的载入网络表和元器件封装功能也能方便地载入网络表和元器件封装功能也能方便地载入网络表文件和元器件封装。网络表文件和元器件封装。图图7-24 7-24 载入网络表对话框载入网络表对话框 图图7-25 7-25 选择网络表文件选择网络表文件 图图7-26 7-26 添加网络表文件的结果添加网络表文件的结果 图图7-27 7-27 载入网络表文件和元器件封装的结果载入网络表文件和元器件封装的结果 7.6 7.6 元器件布局元器件布局 在完成了电路板设计前期的准备工作后，

15、在完成了电路板设计前期的准备工作后，接下来就可以开始元器件的布局了。接下来就可以开始元器件的布局了。电路板上元器件布局的好坏，不仅影响电路板上元器件布局的好坏，不仅影响到后面布线工作的难易程度，而且会关系到后面布线工作的难易程度，而且会关系到电路板实际工作情况的好坏。到电路板实际工作情况的好坏。合理的元器件布局，既可消除因布线不合理的元器件布局，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时也便于生产中当而产生的噪声干扰，同时也便于生产中的安装、调试与检修等。的安装、调试与检修等。7.6.1 7.6.1 元器件布局基础知识元器件布局基础知识 在进行元器件布局之前，先介绍一些元在进行元器件布局之前，先

16、介绍一些元器件布局的基础知识。器件布局的基础知识。1 1元器件布局的方法元器件布局的方法 元器件布局的方法主要包括以下三种：元器件布局的方法主要包括以下三种：（1 1）自动布局方法；）自动布局方法；（2 2）手工布局方法；）手工布局方法；（3 3）自动布局与手工布局相结合的交互）自动布局与手工布局相结合的交互式布局方法。式布局方法。2 2元器件布局的基本步骤元器件布局的基本步骤 图图7-28 7-28 交互式布局基本步骤交互式布局基本步骤 （1 1）关键元器件的布局）关键元器件的布局 （2 2）自动布局）自动布局 （3 3）手工调整）手工调整 （4 4）元器件标注的调整）元器件标注的调整 （5

17、 5）密度分析）密度分析 （6 6）3D3D效果图效果图 3 3元器件布局的基本原则元器件布局的基本原则 在长期的设计实践中，人们已经总结出在长期的设计实践中，人们已经总结出了不少元器件布局的基本原则。了不少元器件布局的基本原则。如果在电路设计的时候，能够遵循这些如果在电路设计的时候，能够遵循这些原则，那么将有利于电路板控制软件的准原则，那么将有利于电路板控制软件的准确调试和硬件电路的正常工作。确调试和硬件电路的正常工作。总的来说，元器件布局需要遵循的基本总的来说，元器件布局需要遵循的基本原则如下。原则如下。（1 1）在元器件的布局方面，应该把相）在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放

18、得靠近一些，例如，互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、时钟发生器、晶振、CPUCPU的时钟输入端等都的时钟输入端等都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。些。（2 2）尽量在关键元器件，如）尽量在关键元器件，如ROMROM、RAMRAM等芯片旁边安装去耦电容。等芯片旁边安装去耦电容。（3 3）接插件一般放置在电路板的边缘，）接插件一般放置在电路板的边缘，以方便安装和后面的布线工作，如果实在以方便安装和后面的布线工作，如果实在没有办法，也可以将其放置在电路板中间，没有办法，也可以将其放置在电路板中间，但应尽量避免这样放置。但应尽量避免这样放

19、置。（4 4）在元器件手动布局中，应当尽量）在元器件手动布局中，应当尽量考虑以后布线的方便，对于布线较多的区考虑以后布线的方便，对于布线较多的区域，应当留出足够多的空间，以免布线受域，应当留出足够多的空间，以免布线受阻。阻。（5 5）数字电路和模拟电路应分区域进）数字电路和模拟电路应分区域进行布局，如果可能二者之间可适当留出行布局，如果可能二者之间可适当留出2 23mm3mm的空间，以免相互干扰。的空间，以免相互干扰。（6 6）对于高压和低压电路，为了保证）对于高压和低压电路，为了保证足够高的电绝缘可靠性，二者之间应当留足够高的电绝缘可靠性，二者之间应当留出出4mm4mm以上的空间。以上的空间

20、。（7 7）元器件布局时，应尽量保持整齐）元器件布局时，应尽量保持整齐、美观。美观。7.6.2 7.6.2 关键元器件的布局关键元器件的布局 关键元器件主要包括以下几类元器件：关键元器件主要包括以下几类元器件：（1 1）与机械尺寸有关的元器件；）与机械尺寸有关的元器件；（2 2）与装配相关的元器件；）与装配相关的元器件；（3 3）大的占位置的元器件；）大的占位置的元器件；（4 4）发热量高的元器件；）发热量高的元器件；（5 5）核心元器件；）核心元器件；（6 6）高频时钟电路；）高频时钟电路；（7 7）对电磁干扰敏感的电路；）对电磁干扰敏感的电路；（8 8）热敏元器件。）热敏元器件。关键元器件

21、的布局分成以下关键元器件的布局分成以下3 3个步骤：个步骤：（1 1）对所有的元器件进行分类筛选，找）对所有的元器件进行分类筛选，找出电路板上的关键元器件；出电路板上的关键元器件；（2 2）放置关键元器件；）放置关键元器件；（3 3）锁定关键元器件。）锁定关键元器件。图图7-29 7-29 元器件属性对话框元器件属性对话框 图图7-30 7-30 确认移动元器件确认移动元器件 锁定锁定元器元器件件 7.6.3 7.6.3 元器件的自动布局元器件的自动布局 Protel 99SE Protel 99SE提供了强大的元器件自动提供了强大的元器件自动布局功能，对元器件进行自动布局可以更布局功能，对元

22、器件进行自动布局可以更加快速、便捷地完成元器件的布局工作。加快速、便捷地完成元器件的布局工作。元器件的自动布局主要分为两个步骤：元器件的自动布局主要分为两个步骤：（1 1）设置元器件布局有关的设计规则；）设置元器件布局有关的设计规则；（2 2）选择自动布局的方式，并进行自动）选择自动布局的方式，并进行自动布局的操作。布局的操作。1 1设置元器件自动布局设计规则设置元器件自动布局设计规则图图7-31 7-31 电路板设计规则设置对话框电路板设计规则设置对话框 图图7-32 7-32 元器件布局设计规则设置对话框元器件布局设计规则设置对话框图图7-33 7-33 设置安全间距限制设计规则主对话框设

23、置安全间距限制设计规则主对话框 图图7-34 7-34 设置元器件的安全间距限制设计规则设置元器件的安全间距限制设计规则 图图7-35 7-35 选择安全间距限制对象选择安全间距限制对象 图图7-36 7-36 计算元器件间距的方法计算元器件间距的方法 图图7-37 7-37 设置好元器件安全间距限制设计规则后的对话框设置好元器件安全间距限制设计规则后的对话框 图图7-38 7-38 元器件方位限制设计规则元器件方位限制设计规则 2 2元器件的自动布局元器件的自动布局图图7-39 7-39 执行自动布局的菜单命令执行自动布局的菜单命令图图7-40 7-40 设置推挤元器件的程度设置推挤元器件的

24、程度 图图7-41 7-41 元器件自动布局对话框元器件自动布局对话框 图图7-42 7-42 统计布局方式下的元器件自动布局对话框统计布局方式下的元器件自动布局对话框图图7-43 7-43 成组布局方式的自动布局结果成组布局方式的自动布局结果1 1图图7-44 7-44 成组布局方式的自动布局结果成组布局方式的自动布局结果2 2图图7-45 7-45 基于统计的自动布局结果基于统计的自动布局结果 7.6.4 7.6.4 元器件布局的自动调整元器件布局的自动调整 对元器件布局进行调整，可以利用对元器件布局进行调整，可以利用Protel 99SEProtel 99SE提供的元器件自动排列功能进提

25、供的元器件自动排列功能进行调整。行调整。在很多情况下，利用元器件的自动排列在很多情况下，利用元器件的自动排列功能，可以收到意想不到的功效，尤其是功能，可以收到意想不到的功效，尤其是在元器件整齐排列方面，是十分快捷有效在元器件整齐排列方面，是十分快捷有效的。的。1 1排列元器件排列元器件 利用系统提供的自动排列元器件的功能，利用系统提供的自动排列元器件的功能，首先要选中需要排列的元器件，然后执行首先要选中需要排列的元器件，然后执行相应的命令即刻将元器件整齐地排列起来。相应的命令即刻将元器件整齐地排列起来。图图7-46 7-46 选中待排列的元器件选中待排列的元器件图图7-47 7-47 元器件自

26、动排列菜单命令元器件自动排列菜单命令 图图7-48 7-48 【Align ComponentsAlign Components】对话框】对话框 图图7-49 7-49 设置好的排列元器件选项设置好的排列元器件选项 图图7-50 7-50 排列结果排列结果 2 2排列元器件的序号和注释文字排列元器件的序号和注释文字 利用系统提供的元器件自动排列功能，利用系统提供的元器件自动排列功能，除了可以排列元器件外，还可以对元器件除了可以排列元器件外，还可以对元器件的序号和注释文字进行调整。的序号和注释文字进行调整。图图7-51 7-51 文本注释排列对话框文本注释排列对话框 图图7-52 7-52 排列

27、元器件文本注释的结果排列元器件文本注释的结果 7.6.5 7.6.5 手工调整元器件布局手工调整元器件布局 元器件的自动布局并不能完全符合设计元器件的自动布局并不能完全符合设计需要，自动布局结束后往往还要对元器件需要，自动布局结束后往往还要对元器件布局进行手工调整。布局进行手工调整。手工调整元器件布局的操作主要包括对手工调整元器件布局的操作主要包括对元器件进行移动、旋转等。元器件进行移动、旋转等。对元器件进行移动和旋转的操作在第对元器件进行移动和旋转的操作在第6 6章中已经作了详细地介绍，这里就不再介章中已经作了详细地介绍，这里就不再介绍了。绍了。只是在电路板上手工调整元器件布局时，只是在电路

28、板上手工调整元器件布局时，移动和旋转元器件要遵循一定的电气原则，移动和旋转元器件要遵循一定的电气原则，并且考虑电路板整体设计的美观。并且考虑电路板整体设计的美观。比如，调整元器件序号的标准是排列尽比如，调整元器件序号的标准是排列尽量整齐美观，易于查找，大小适中，以能量整齐美观，易于查找，大小适中，以能清晰查看为准。清晰查看为准。这部分内容将在最后一章的典型综合实这部分内容将在最后一章的典型综合实例中进行详细地介绍。例中进行详细地介绍。7.6.6 7.6.6 网络密度分析网络密度分析 在元器件布局完成后，可以利用系统提在元器件布局完成后，可以利用系统提供的网络密度分析工具对电路板的布局进供的网络

29、密度分析工具对电路板的布局进行分析，并根据密度分析结果，对电路板行分析，并根据密度分析结果，对电路板的元器件布局进行优化。的元器件布局进行优化。图图7-53 7-53 网络密度分析图网络密度分析图 7.6.7 3D7.6.7 3D效果图效果图 利用利用3D3D效果图可以分析元器件布局的实效果图可以分析元器件布局的实物效果。物效果。在在3D3D效果图上可以看到效果图上可以看到PCBPCB电路板的实电路板的实际效果及全貌。际效果及全貌。图图7-54 3D7-54 3D效果图效果图 7.7 7.7 巩巩 固固 练练 习习图图7-55 7-55 确定安装孔的位置确定安装孔的位置 图图7-56 7-56

30、 预布局接插件的结果预布局接插件的结果 图图7-57 7-57 预布局指示灯的结果预布局指示灯的结果图图7-58 7-58 调整元器件序号和注释文字的结果调整元器件序号和注释文字的结果 图图7-59 7-59 编辑元器件属性对话框编辑元器件属性对话框 图图7-60 7-60 全局编辑属性设置对话框全局编辑属性设置对话框 图图7-61 7-61 设置自动布局参数设置自动布局参数 图图7-62 7-62 自动布局的一种结果自动布局的一种结果 图图7-63 7-63 调整元器件布局后的结果调整元器件布局后的结果图图7-64 7-64 读出右边界的读出右边界的X X坐标值坐标值鼠标所鼠标所在位置在位置

31、的坐标的坐标鼠鼠标标图图7-65 7-65 调整元器件边界后的结果调整元器件边界后的结果图图7-66 7-66 调整元器件布局后的结果调整元器件布局后的结果图图7-67 3D7-67 3D效果图效果图 小小 结结 本章以本章以“指示灯显示电路指示灯显示电路.Ddb”.Ddb”的双面的双面板设计为例，介绍板设计为例，介绍PCBPCB电路板设计的基本流电路板设计的基本流程和元器件交互式布局方法。程和元器件交互式布局方法。（1 1）电路板设计的基本流程：本节详细）电路板设计的基本流程：本节详细介绍了电路板设计的基本流程，以便让读介绍了电路板设计的基本流程，以便让读者对者对PCBPCB电路板设计有一个

32、初步的认识。电路板设计有一个初步的认识。（2 2）设置电路板的类型：电路板工作层）设置电路板的类型：电路板工作层面的设置是整个电路板设计的基础，主要面的设置是整个电路板设计的基础，主要包括电路板的选型和工作层面参数的设置包括电路板的选型和工作层面参数的设置两部分内容。两部分内容。（3 3）规划电路板：规划电路板包括定义）规划电路板：规划电路板包括定义电路板的外形、电气边界和安装孔等内容。电路板的外形、电气边界和安装孔等内容。（4 4）准备电路原理图和网络表：网络表）准备电路原理图和网络表：网络表是印制电路板自动布线的灵魂，更是联系是印制电路板自动布线的灵魂，更是联系原理图设计和原理图设计和PC

33、BPCB电路板设计的桥梁和纽带。电路板设计的桥梁和纽带。因此在网络表载入之前必须保证网络连接因此在网络表载入之前必须保证网络连接和元器件封装的正确。和元器件封装的正确。（5 5）网络表与元器件封装的载入：在）网络表与元器件封装的载入：在Protel 99SEProtel 99SE中网络表与元器件封装的载入中网络表与元器件封装的载入是非常方便的，但是需要提醒读者的是，是非常方便的，但是需要提醒读者的是，在载入网络表与元器件封装之前，必须确在载入网络表与元器件封装之前，必须确认需要的元器件封装库已经载入到认需要的元器件封装库已经载入到PCBPCB编辑编辑器内。器内。（6 6）元器件布局：主要介绍了一种交互）元器件布局：主要介绍了一种交互式的元器件布局方法，即手工布局和自动式的元器件布局方法，即手工布局和自动布局相结合的布局方法。布局相结合的布局方法。