跟我学做印制板（1）

电路

　　本讲仅就印刷电路设计流程、设计环境及电路原理图设计作为首篇进行讲述。使用的设计软件是目前国内最为广泛的protel2004 SP2（汉化版），但不对该软件的使用做系统的介绍。关于Protel 2004 设计软件使用的基本知识，请参考有关书籍。
　　一、印制电路板设计流程
　　PCB 的设计流程如图1 所示。一般包括五个主要步骤，即设计准备、设计绘制电原理图、生成网络报表导入至印制板图设计文件、设计印制电路板，最后生成加工文件。其中，在实际产品的设计工作中，设计准备是一个重要环节，而往往被忽略，从而导致设计返工等情况并不少见。例如，设计时确定某型号集成电路采用某种封装，并据此完成设计，结果采购时只能买到其他封装类型，甚至该型号集成电路已停产无货，只能更改设计采用代用型号，导致已完成的印制电路板设计大幅度返工。如果印制板已投产，报废造成的损失将是很惨重的。虽然这个环节似乎与Protel 2004 设计工具的应用并无直接关系，但是对于从业者来说必须充分予以重视。

图1 印制电路板设计

　　在印制电路板设计流程中，虽然列出了五个主要步骤中的主要环节，但根据实际需要，还有一些不是那么“主要”，而确实很重要的环节，例如电气规则检查、信号仿真等。对此也应予以重视。
　　二、设计环境
　　在这里，设计环境指的是为满足设计需求，对设计软件工具的各种属性或参数所做的设置，形成特定的工作条件。Protel2004 设计软件功能强大，提供了极为灵活的设计环境，设计者可以根据自己的需要进行配置。下面做一个简单介绍，读者可以对照描述，对主页面和主菜单做一些简单操作，以初步了解Protel 2004 的设计环境的风格。
　　Protel 2004 启动以后，显示的主页面见图2。它类似于Windows 的资源管理器窗口，有菜单栏、工具栏、导航栏等。页面的左边是文件工作区面板，它的下面是面板显示切换标签；主页面右边为附加的工作区面板标签，右下边为面板控制标签栏。

图2

　　中间是主窗口，罗列了常用任务以方便快速启动。
　　第一次打开的主窗口是英文的，Protel 2004 SP2 支持汉化界面，只需用户自行设置即可。点击主菜单栏的系统设置菜单按钮，显示出系统设置下拉菜单，选择“Preferences”（优先选择）项，如图3 所示。在弹出的系统属性对话框中，选择“General”（通用），在显示的系统属性复选框中，然后选中下面的“Use Localized resources”（使用经本地化的资源）复选框，再分别选中“Display Localizeddialogs”（显示经翻译的对话框）单选按钮和“Localized Menus”（经过翻译的菜单）复选框，如图4 所示。选择完成后，会弹出一个文本框提醒你“You willhave to restart an applicationfor the new settings to work.”（为使新设置生效，须重新启动）。

图3

图4

　　点击Apply 和OK，关闭Protel2004，再重新运行，就可以看见主页面界面已经汉化，但是汉化并不完全，不过已经大大减小了国内用户的使用难度。
　　在主页面设计资源管理器的最上面一行是主菜单（见图2），主菜单栏包括系统配置（DXP）、文件操作（File）、查看（View）、收藏（Favorites）、项目管理（Project）、视窗操作（Window）和帮助（Help）几个主菜单项，括号中是英文界面的操作按钮。每一项都是一个下拉菜单，单击后将弹出下拉菜单选项。主菜单提供Protel 2004 设计系统的一些信息，同时提供了一些用户设置选项。通常，在第一次使用新安装的Protel 2004 设计软件时，要对系统进行初步的设置，当然也可以在设计过程中来修改这些设置。
　　主菜单的第一个按钮系统配置（DXP）的下拉菜单提供了6 个选项，分别是“用户自定义”、“系统优先设定”、“系统信息”、“运行进程”、“使用许可管理”、“执行脚本”。它们的功能详细描述请参考有关书籍。对于初学者，较为重要的是“优先设定”项，在这里作简要叙述。
　　选择“优先设定”，即出现如图5 所示系统优先设置对话窗口。该项目包括了Protel 2004在各种设计环境下的工作参数设置，如系统基本工作参数，电原理图设计环境定义，FPGA 设计环境参数，版本控制设定，嵌入式系统设计环境，印制电路板设计环境定义，文本编辑，加工文件控制，波形编辑等。系统基本参数设置项下，有：“通用设定项”、“视图设定”、“浮动视窗透明度设定”、“导航器高亮设定”、“自动保存设定”、“项目面板管理”、“文件类型管理”、“脚本管理”、“库文件安装信息”共九个子项。图5 所示是系统基本参数设置中的“通用项”，包括了“启动”、“闪屏”、“默认工作文件保存位置”、“系统字体”、“帮助系统”、“本地化设置”等。在前面我们讲到设计系统汉化时，就是在英文界面下通过“本地化设置”完成的。

图5

　　系统参数设置中的绝大多数选项可以保持默认状态，熟练以后可根据需要进行设置。刚开始时建议对如下几项予以设定修改：
　　（1）自动保存设定。在工作过程中，Protel 2004 能自动地把阶段性工作成果予以保存，避免因为意外事故而丢失。这里需要设定每次自动保存工作文件的时间间隔，保存的版本数和保存的路径。例如，把保存间隔时间设定为30 分钟，保存的版本数为3（保留三个最新版本），路径为“D: 设计实例自动保存”。当然也可以设定为其他的数值或路径。
　　（2）库文件安装信息。用户可以在这里对设计项目需要的原理图库和封装图库文件进行管理，予以增删。也可在原理图设计或印制板设计过程中临时根据需求增删，甚至直接进行编辑。
　　一般来讲，设计过程中最好只安装需要使用的，不要安装一大堆用不到的库文件，不仅使用时查找不便，而且占用较多内存，影响计算机运行速度。
　　三、电原理图设计
　　非常简单的印制板制作，可以直接在印制板图上放置元件，手工布线即告完成。但是一般地讲，“正规”的设计程序是首先设计绘制电原理图，确定元件的各项属性，包括封装形式，然后生成网络表，在印制板设计环境下确定安装结构和印制板尺寸和形状，导入网络表，进行元件布局、布线，根据需要进行修改调整，方完成印制板设计。所以，电原理图的设计是整个设计过程中的第一步。
　　一般来讲，原理图的设计流程如下：
　　（1）准备工作。在开始原理图设计之前，首先应做好项目设计的准备工作，包括确定设计方案，划分主要功能模块，确定元件型号、参数和封装形式并落实供货渠道。然后是电原理图设计的预备工作，包括建立设计项目，设置Protel 2004 设计系统的统一的设计环境。
　　（2）设置原理图设计环境。
　　在进入Protel 2004 原理图设计页面以后，首先需要根据设计复杂程度确定设计图纸大小。一般来讲，特别复杂的电原理图需要采取层次化原理图设计方式，较简单的电原理图可以考虑在一张图纸上画完。但是从便于打印、保管和查阅等因素考虑，一般建议图纸幅面设定为A4 为宜。也可以把设计幅面设定为A3，但在打印时按照A4 幅面打印，只是图形中的元件显得稍小一点。
　　此外，可以设置或修改的包括图纸背景颜色、显示格点大小、光标类型等参数。进入正式设计之前，须调入要使用到的原理图库文件。
　　（3）放置元件。根据原理图设计内容，将元件从元件库里调出放置到图纸上。对放置的元件，需要定义标识符（序号）和封装。
　　当然也可以只管采用原理图符号，先把图纸画完，再统一标注标识符和分别定义封装。在放置元件的过程中，要预先充分考虑到各元件的电气连接关系，合理安排元件位置，使画出的原理图简洁明晰，不过分杂乱。
　　（4）原理图布线。利用Protel 2004 原理图设计工具，将图纸上摆放的元件引脚进行电气连接。连接的手段可使用具有电气意义的导线或总线，也可使用网络标号、符号（例如电源符号、接地符号等）连接起来，形成完整的电原理图。在层次化原理图设计中，建立跨原理图的电气连接时将使用到“端口”。
　　（5）调整优化。对绘制好的原理图进行调整和修改，使原理图布局更加合理、美观。设计良好的图纸不仅是好看，更重要的是思路表达清楚，便于阅读理解。
　　设计完成后，要反复检查，杜绝错误，因为原理图是印制板图设计的基础，原理图的错误会带到印制板设计阶段。
　　（6）电气规则检查。Protel2004 提供了强大的辅助工具，可以对电原理图进行多项电气规则检查，并给出报告。这一步一般不要省略，它可能检查出设计时的一些疏忽，甚至本身就未考虑到的问题。
　　（7）如果设计者认为有必要，可以进行信号完整性检查或仿真，对设计予以验证，尤其是在数字电路与模拟电路混合设计的场合。
　　（8）报表输出。通过Protel2004 原理图设计工具的报表输出工具可以生成各种报表、其中最重要的是作为印制板设计依据的网络表。
　　（9）文件保存与打印。将已经设计完成的原理图保存并打印。
（待续）

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