本站原创作者简介：张健,职称：硕士、中学二级职称单位：江苏省常熟职业教育中心校
（江苏省常熟职业教育中心校电气工程系江苏常熟215500）
摘 要：本文首先介绍了电子CAD的含义和常用电子CAD软件,然后系统介绍了使用Protel99SE软件设计印制电路板的一般步骤,接下来以直流调速电路为例阐述了直流调速电路板设计的方法、步骤.
关 键 词：电子CAD、Protel99SE、布局、布线
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1006-026X（2011）12-0000-01
随着电子技术的不断发展,电子电路的复杂程度越来越高,规模化集成化程度也不断提高,电子CAD已经成为电子工程技术人员必学的一门技术.目前,众多的职业学校开设了电子CAD课程,尤其在电子类职业技能竞赛中,掌握应用电子CAD软件,成为参赛学生必须具备的一项技能.
一、什么是电子CAD
电子CAD的含义是使用计算机来完成电子线路的设计过程,包括电路原理图的编辑、电路功能仿真、工作环境模拟、印制板设计与检测等.
在众多电子CAD软件中,Protel99SE软件以其操作简单、方便、易学的特点成为目前最流行和最受欢迎的软件之一,该款软件功能强大,能将各个功能模块融合在一起,实现了电子设计自动化和电子CAD软件所期望的“简单、方便、易学、实用、高效”的操作要求.
二、电子CAD软件设计电路板的一般步骤
1．绘制正确的原理图和确定元件封装
绘制电路原理图是进行印制电路板设计的前期工作.电路原理图设计完成后应确认元器件的封装是所需的形式,并利用系统工具编译检查错误,检查后应无问题.
2．创建正确的网络表
网络表是电路原理图设计系统和印制电路板设计系统的接口,是连接原理图和印制电路板图的桥梁,是电路板自动布线的灵魂,所以在绘制PCB电路板之前一定要先得到正确的网络表.
3．规划电路板
这是一项极其重要的工作,是确定印制电路板设计的框架,是决定最终电路板设计成败的关键因素之一.这个规划包括电路板的形状、尺寸,电路板的安装方式,采用几层的电路板以及在禁止布线层上绘制PCB板的外型轮廓等.
4．载入元器件封装库及网络表
正确并全部载入所需的元器件封装库是很关键的一步,否则就不能正确载入网络表.网络表中包含了各个元器件的封装形式,以及元件之间的连接关系,因此导入网络表之后就得到了PCB的后续设计的基础.
5．元件的布局
Protel99SE提供了自动布局和手动布局的功能,利用系统的自动布局功能可以将元件自动布置在电路板内,但自动布置的结果绝大部分不会使我们满意,需要从机械结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑,手工加以调整,一般要先布置与机械尺寸有关的器件并锁定这些器件,然后布置较大的、占用空间较多的器件和电路的核心器件,最后布置的小元件.
6．电路板布线
这一步骤包括了布线规则的设置、自动布线、手工调整布线三个小步.布线规则包括走线安全间距、各种线宽、布线层、过孔大小、布线的拓扑结构等,这些规则需要根据所设计的电路板的实际情况进行设置.Protel99SE提供的自动布线功能具有布通率高、速度快的优点,但自动布线后,经常存在许多令人不满意之处,需要手动加以调整,如：调整拐弯很多的连线,适当加宽电源线、地线,手工连接没有布通的连线,调整元件的标注字符等.
7．进行设计规则检查
为了确保电路板图符合设计规则,以及所有网络均已经正确连接,布线完毕后一定要做设计规则检查.
8．保存及输出电路板图
三、应用实例――直流调速电路板图的设计
下面以直流调速电路为例,并结合Protel99SE软件来介绍直流调速印制电路板设计的方法、步骤.
1．创建设计数据库文件,绘制电路原理图并进行电气规则检查,确保电路图绘制正确
(1)新建原理图文件,进入原理图编辑系统,正确绘制直流调速电路原理图.
(2)进行电气规则检查,生成电气规则检查报告文件,检查并确保原理图绘制正确.
2.手工制作可控硅、电位器的封装,并确定原理图中各对应元件的封装
(1)新建封装库文件,制作可控硅的封装、电位器的封装,要求可控硅封装的三个焊盘呈等边三角形放置,各焊盘间的间距均为5.08mm；要求电位器封装的三个焊盘呈等边三角形放置,各焊盘间的间距均为6mm.
(2)确定原理图中各对应元件的封装.
3.创建PCB板文件,规划电路板
自定义双面电路板形状为矩形,尺寸为长106mm,宽114mm.
4．装载网络表
(1)在原理图绘制正确,元件序号,类型,封装齐全、准确的前提下,从原理图中生成网络表.
(2)在PCB编辑系统中载入由原理图生成的网络表.
5．元件的布局
(1)自动布局：执行自动布局菜单命令,进行全局自动布局.
(2)手工调整布局：自动布局后,电路板上元件的布局并非十分合理,需要采用手工方法对布局进一步调整.手工调整布局主要是手动将元件移到合适的位置,并调整元件的排列方向,对元件进行移动、旋转、对齐等操作,并充分考虑布线,做到相互照应,便于布线、走线.在调整元件位置、方向的同时,也要调整元件标注字符的位置、方向.
6．布线
(1)自动布线：①设置自动布线设计规则.电路板的最小安全间距规定为0.3mm；走线的转角方式规定为45°切面转角；布线层规定为底层布线,顶层放置元器件；电路板铜膜线走线的宽度规定为1.2mm.②执行自动布线菜单命令,进行全局自动布线.
(2)手工调整布线：自动布线的结果往往不能令人满意,需要在自动布线后进行手工调整.手工调整布线实际上就是对布线进行删除、重布、移动等操作.另外,还要完成对标注字符的调整和添加、对电路的输入/输出的处理、导线的宽度调整、敷铜的放置和确定螺丝固定孔等操作.手工调整布线后的完成图,如图1所示.
四、小结
PCB板图的设计,是一项艰巨、复杂的工作,不仅要求设计者能熟练掌握相关的设计软件,还要求设计者能有丰富的生产、实践经验.电路板的制作是没有最好,只有更好.只有在实践中不断学习,在学习中不断实践,并善于向高手学习,才能积累丰富的经验,不断提高印制电路板的设计水平.