第三章 应用 Protel99 SE 设计电路板图

1. 第三章 应用Protel99 SE设计电路板图 【教学内容】 3.1 概述 3.2 知识基础 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 【教学目的】 以电路板图设计的基础知识为主，按照单面板和双面板的设计等内容并结合实例介绍Protel99 SE软件绘制电路板图的各种功能菜单、工具的用途，达到对Protel99 SE软件绘制电路板图有个全面的了解并达到熟练掌握的目的。

2. 3.1 概述 利用Protel 99SE来设计从原理图到PCB图主要有两种方法：自动布线法与人工布线法。 1、自动布线法 (1)用SCH 99SE绘制电路原理图，进行电气规则检查（ERC），无错误后创建网络表（Netlist）。 (2) 进入PCB编辑器，进行PCB环境设置。 (3) 调用网络表，修正有错的宏命令。执行宏命令，将元件和)件之间的连接关系调入电路板中。 (4)元件自动布局与手工调整。 (5)设置自动布线规则，自动布线。 (6)后图处理，存盘打印输出。 2、人工布线法 (1)手动设置电路板层数与板尺寸。 (2)手动放置元件封装形式。 (3)元件手工布局。 (4)设置自动布线规则，手动布线。 (5) 后图处理，存盘打印输出。

3. 3.2 知识基础 3.2.1 进入Protel99 SE电路板设计环境 在设计数据库中，新建PCB文档，单击菜单“File”下的“New”，在弹出的对话框中双击“PCB Document”图标，一个“PCB1.PCB”文档就建立起并处于打开状态。如图3.1所示。该界面结构与SCH主界面结构相似，但功能上有很大不同，其主要区别有： 1、主工具栏 PCB主工具栏与原理图中相似，不相同的工具按钮如下：。 ：3D显示，当PCB绘制完毕后，鼠标左键单击此按钮可将PCB图以三维立体图方式呈现出来。以加强实际效果。 ：打开元器件封装库管理（添加或移去，等效于电路板浏览 器Library 下dd/Remove 按钮）。 ：浏览一个元器件封装库中的元器件。 ：设置捕捉栅格。

4. 3.2 知识基础 3.2.1 进入Protel99 SE电路板设计环境 图3.1　印制电路板编辑窗口

5. 3.2 知识基础 3.2.1 进入Protel99 SE电路板设计环境 1、菜单栏 菜单栏功能有很大不同，在后面陆续将接触到。 2、工具箱 工具箱有放置工具箱、元件布局工具箱、元件查找与选取三个工具箱，它们分别通过执行菜单“View”→“Toolbars”下的“Placement”、“Component Placement”与“Find Selection”三个选项来打开或关闭，如图3.2所示。 图3.2　放置工具箱工具箱、元件布局工具箱及查找选取工具箱

6. 3.2 知识基础 3.2.1 进入Protel99 SE电路板设计环境 4、环境参数 PCB环境参数非常多，而且也较复杂，后面介绍。 5、利用向导新建PCB文档 除了上面介绍的新建PCB文档外还可利用向导新建PCB文档。其操作是在设计数据库中执行菜单“File”下的“New”，在弹出的对话框中选中“Wizards”标签，并在以后的页面中分别选择和设置电路板的有关参数直到完成。 （注：请用Protel 99SE演示用向导新建电路板的过程）

7. 3.2 知识基础 3.2.2　电路板设计管理器 与原理图中设计管理器类似，PCB设计管理器包含文档管理器(Explorer)和电路板浏览器(Browse PCB)。 1、文档管理器 文档管理器与原理图中文档管理器完全一致，在此不再重复。 2、电路板浏览器 鼠标左键单击Browse旁边图标 即可弹出Nets、 components、 Library、 Net Classes、 Component Classes、 Violations、 Ruls。如图3.3所示。由此电路板浏览器主要用于管理电路板中的这些项目。 图3.3　电路板浏览器

8. 3.2 知识基础 3.2.2　电路板设计管理器 （1） Nets网络管理 用于选择网络，“Edit”按钮用于编辑选择的名称（Net Name）、颜色（Color）及是否隐藏。ZOOM按钮用于将选择的网络按一定的比例显示。“Select”按钮用于将选择的网络反相显示。Nodes：节点选择区用于选择该网络上的焊盘，该区中的“Edit”按钮，用于编辑焊盘的属性。“Jump”按钮用于放大比例已显示的焊盘。“Select”按钮将选择的节点反相显示。　　　 管理器下部的导航框内显示选择的网络和焊盘在电路板图上的位置。其中“Mangnifier”按钮在导航框内移动时用于放大被选网络和焊盘周围的情况；在电路板编辑窗口移动时可以移动整个电路板图。“Configure”按钮用于设置放大比例；Current Layer区域用于显示、更换当前的电路板层面。如图3.4（a）所示。

9. 3.2 知识基础 3.2.2　电路板设计管理器 （2）Components 元件管理 元件管理中：“Browse”“Edit”“Jump”“Select”按钮的功能与网络管理类似，分别用于选择元件、编辑元件封装、设置放大比例、将选择的元件反相显示。如图3.4（b）所示。 （3）Libraries 元件封装库管理 “Browse”按钮：选择已加入管理器的元件封装。 “Add/Remove”：向管理器中添加或移去元件封装库。 “Edit”：进入元件封装编辑器编辑元件的封装图形。 “Place”：将选择的元件封装放置到电路板图中。 其它与前面类似，如图3.4（c）所示。

10. 3.2 知识基础 3.2.2　电路板设计管理器 （a） （b） （c） 图3.4　电路板管理器中的（a）网络管理窗口；　（b）元件管理窗口；（c）元件封装管理

11. 3.2 知识基础 3.2.2　电路板设计管理器 （4）Net Classes　网络分类管理 （5）Components Classes　元件分类管理 网络分类管理与元件分类管理基本上与网络管理功能相似。如图3.5（a）、（b）。 （6）Violation错误检查管理该管理按规则检查连线中的错误。 （7 ）Rule 规则符合查询管理 查询，即选择符合某种设计规则的网络、过孔、焊盘、线径等各种图形。 （a）　　 　（b） 图3.5　电路板管理器的（a）网络分类管理窗口；（b）元件分类管理窗口

12. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 1、系统环境设置 执行菜单“Tools”→“Preference”或单鼠标右键，从快捷菜单中选择“Option” →“Preference”将弹出如图3.6所示系统参数设置对话框，它主要用于设置系统参数，如板层颜色、光标类型、默认设置等。图3.6中有6个标签 （1）Options标签页面 Editing Options区域 On Line DRC：在线电气规则检查。 Snap To Center：选择对象时，使光标自动移到所选对象参考位置。 Extend Selection：选择对象时不撤消已选的对象。 Remove Duplicates：自动删除重叠对象。 Confirm Global Edit：全局编辑时，出现确认对话框。

13. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.6　菜单“Tool”→“Preference”中的“Options”标签页面

14. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.7　菜单“Tool”→“Preference”中的“Display”标签页面

15. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.8　菜单“Tool”→“Preference”中的“Colors”标签页面

16. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.9　菜单“Tool”→“Preference”中的“Show/Hide”标签页面

17. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.10　菜单“Tool”→“Preference”中的“Defaults”标签页面

18. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 2. PCB文档板层设置 图3.11　电路板层设置对话框Layer标签页面

19. 3.2 知识基础 3.2.3　电路板设计环境设置 图3.12　电路板层设置对话框Optionsr标签页面

20. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） PCB的设计可以通过Protel 99SE的同步设计器实现，也可以采用人工画电路板完成（后面将介绍）。但我们用得较多的还是通过原理图中的网络表来实现（简单）。在此用该方法。 利用网络表设计PCB的步骤如下： 1、新建设计数据库并完成原理图的设计。 2、以向导方式新建PCB文档。 3、规划电路板。 4、加载元件库和调用网络表。 5、自动布局，手工调整。 6、自动布线，手工调整。 7、按设计规则检查及产生报表。 8、后图处理。

21. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.1　网络表的调入与编辑 1、执行菜单“Design→“Netlist”，弹现如图3.13所示对话框 图3.13　加载网络表对话框

22. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.1　网络表的调入与编辑 2、单击“Browse”按钮将出现选择网络表文件窗口如图3.14，它是将当前所设计数据库下的文件列于此，选定（*.NET），也可单击“Add”按钮另选其它设计数据库中的网络表文件。正确生成所有的网络宏都显示在对话框中，如图3.15所示。 图3.14　选择网络对话框　 3.15　加载网络表后的对话框

23. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.1　网络表的调入与编辑 3、若网络宏有错时，应进行对错误的网络宏进编辑修改，常见的错误和警告有： ① “Error：Footprint xxx not found in Library”：错误：封装xxx没有在库中找到，其原因是系统在加载的元件封装库中没有发现元件的封装形式，而且也没有发现此元件可选的其他封装形式。此时应单击“Cancel”按钮，回到原理图中重新指定元件封装形式。 ②　“Warning：　Alternative footprint xxx”：警告：封装xxx管脚悬空。若原理图没用到该管脚，即空着的，就不必理会此警告；若该管脚用到了，则应即出回到原理图中检查并修改该管脚上的连线，并重新生成网络表，重复加载网络表操作。

24. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.1　网络表的调入与编辑 ③　“Error：　Component not found”：错误：没有发现元件封装，可能是没有加载元件封装库文件，也可能是在原理图设计时没有指定该元件的封装形式。同样退出回到原理图中修改，重新生成网络表，重复加载网络表操作。 4、直到加载网络表没有出现错误信息，才表示成功地加载了网络。这时单击“Execute”按钮，系统将网络表列出的所有元件放置到布局范围中。如图3.16所示。

25. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.1　网络表的调入与编辑 图3.16　载入件元后的PCB图

26. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.2　设计规则 1、执行菜单Design→Rule将弹出设计规则设置对话框 图3.17　设计规则设置对话框

27. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.2　设计规则 2、各标签页面设置内容 （1）安全间距（Clearance Constraint） 设定安全间距就是设置Track、Via及Pad本身之间或两两之间的最小间距。窗口共四栏，其中： Scope1和Scope2栏：规则适用范围，黙认范围（Board）。 Connectivity栏：连接属性，黙认范围：不同网络（Different Net Only） Gap栏：安全间距，黙认安全间距20mil。. Delete按钮：删除所选规则。 Add按钮：新增规则 Properties按钮：编辑所选规则属性。 见图3.18所示。

28. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.2　设计规则 （2）设置走线转角方式 （Ruoting Corners ） 图3.18　转角规则设置对话框

29. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.2　设计规则 （3）Routing Layer 设置走线层次和走线方向 图3.19　布线层设置对话框

30. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.3　元件的自动布局 1、执行菜单“Tools”→“Auto Place”将弹出如图3.20选择自动布局方式对话框 图3.20　选择自动布局方式

31. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.3　元件的自动布局 2、选择布局方式 Cluter Placer：基于集群方式布局。该方式将元件分组，并连接成元件串，最后在布局区域内根据几何方法放置元件串。这种方式布局还有一个参数选项Quick Component Place：快速布局元件。该方式一般适合元件数目较少的情况。 Statistical Place：基于统计方式布局。它按连线长度最短来布局元件，该方式适合元件数目较多的情况，另两个选项： Group Component：将元件分组。 Rotate Component：将元件旋转。 Powern Net：电源网络名称。 Ground Net：电源地网络名称。

32. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.3　元件的自动布局 3、设置完成后，单击“OK1、”按钮，系统开始自动布局，若想在自动布局过程中终止布局，可执行菜单“Tools”→“Stop Auto Place”，或是按键盘ESC键。自动布局完成后如图3.40所示。图中元件焊盘之间多了一些连线，这些连线是由网络表中表示具有电气连接意义的网络而得，称为“飞线”或“预拉线”，后面的自动布线正是根据这些预拉线来布线的。 4、手工调整布局，若对自动布局不满意，可不存盘退出再进行一次自动布局，因为即使是同一电路，系统每一次自动布局的结果是不同的，于是可通过此方法选择比较满意的结果。也可进行手工调整，即用拖动和旋转的方式将元件或元件标注放置到合适的位置。手工调整后的元件布局如图3.41

33. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.3　元件的自动布局 手工调整后的元件布局 图3.21　重新调整后的元件布局

34. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.4　自动布线与清除布线 1、自动布线设置 执行菜单“Auto Route”→“Setup”将弹出如图3.22 图3.22　自动布线设置对话框

35. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.4　自动布线与清除布线 2、自动布线 自动布线有5种方式，位于菜单“Auto Route”下，它们分别是“All”、“Net”、“Connection”、“Component”和“Area”，现分别介绍如下： （1）All：对整个电路板进行自动布线。 （2）Net：对指定网络进行自动布线。 （3）Cpmmection：对指定飞线所连的两个焊盘之间的自动布线。 （4）Component：对指定元件的所有焊盘连接的飞线进行自动布线 （5）Area：对指定区域自动布线。 在以上后4种自动布线方式的操作中，只需用鼠标左键单击菜单“Auto Route”下的相应的方式，光标变为十字形，再用鼠标左键单击电路板中相应的对象即可。而对整板自动布线时，单击菜单“Auto Route”→“All”并在弹出的对话框中单击“RouteAll”按钮，系统即开始自动布线。

36. 3.3 电路板设计步骤（基础篇） 3.3.4　自动布线与清除布线 3、清除布线 当设计者对自动布线结果不满意时，可利用工具清除电路板上的全部或部分铜膜线而变成飞线，对此PCB99SE提供有撤消操作(菜单Edit→Undo)和拆线操作(菜单Tools→Un-Route)两种方式。 （1）消操作：与其它软件中的撤消操作相同，但只针对当前操作或还未存盘时的操作有效。 （2）拆线操作：用于清除布线，回到飞线状态，它是自动布线的逆操作。 执行菜单“Tools→Un-Route”下有四个子菜单选项： All：清除电路板上所有布线。 Net：清除电路板上指定网络布线。 Connection：清除电路上指定连线（铜膜线）的布线。 Component：清除电路板指定元件的所有相关布线。 操作方法：先选取命令，再用鼠标左键单击相应的对象。

37. 3.4　电路板设计步骤（高级篇） 3.4.1　电路板设计的一般原则 1、电路板选择 (1) 总体性能。 (2) 板材。 (3) 板厚度。 2、电路板尺寸确定 3、电路板上元件布局 　(1)　按照电路功能模块布局。 （　　(2) 所有元器件布到离边缘3mm以内。 (3)按先固定元件，再大元件和特殊元件，最后小元件布局。 　 (4) 特殊元件应作专门布局。 4、电路板布线原则 电路板布线总的按如下原则进行

38. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.1　电路板设计的一般原则 (1) 印制线尽可能短，且在转弯处以圆角或斜角为宜。 (2) 印制线宽以满足电气性能要求和便于生产为准，一般不得小于0.2mm (3) 印制线间距在满足电气安全下尽可能大。 (4) 公共地线尽可能位于电路板边缘，在电路板上时应多保留铜箔线做地线，且地线以环路或网格状为好。 5、电路板焊盘尺寸选定 常用焊盘尺寸： 单位（mm）

39. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.1　电路板设计的一般原则 6、电路板上跨接线、填充问题 在单面电路板中，跨接线应从以下几种中选择：6mm、8mm、10mm。 填充问题主要指为散热和用屏蔽来减小干扰的大面积填充：大面积填充采用网格状并在其上开窗口。

40. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 除了前面介绍的运用向导建PCB、加载网络表（原理图设计完成生成）、自动布局及自动布线方式设计PCB以外还可人工一步步的画电路板。 1、人工画电路板流程（与原理图设计流程类似） ①新建设计数据库及PCB。 ②电路板环境参数设置 ③放置设计对象 ④编辑电路板 ⑤输出报表 ⑥存盘、打印输出

41. 　放置交互式导线。　当前文档放置导线。 　放置焊盘。　放置过孔。　放置字符串。 　放置坐标。　放置尺寸标注。　放置坐标原点。 　放置矩形区域。　放置元件封装。 　绘制边缘弧。　绘制中心弧。　绘制任意角度弧　 绘制整圆。 　放置矩形填充。　放置多边形填充。 　放置内部电源、接地层。 　特殊粘贴（阵列）剪贴板中内容。 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 新建设计数据库 、PCB文档及环境设置前面已介绍。在此略。 4、放置设计对象及属性编辑 PCB设计对象主要指PCB中放置工具中的对象。PCB放置工具如图3.23所示。 图3.23　放置工具栏

42. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (1) 焊盘 放置：　　单击放置工具栏中图标，鼠标变为十字型并带有一焊盘，在需要放置的地方单击左键即可。 属性设置：双击放置好的焊盘弹出属性设置对话框如图3.44。一般需要设置焊盘的外形、高度、宽度和内孔直径。设置完毕后单击OK即可。设置时Hole Size内孔直径应小于横、纵坐标。 X-Size、Y-Size：X、Y方向高度。 Shape：形状，有Round、Rectangle、Octagonal圆形、矩形和八角形。当选择Round，而横纵向尺寸不同时，会出现椭圆形状。常见焊盘形态如图3.45所示。 Designator：焊盘标号。 Hole Size：焊盘通孔尺寸（要小于横纵向尺寸）。 Layer：设置焊盘所在层。对针脚类元件设为MultiLayer，对表面粘贴元件应设为Top或Bottom。 X-Location、Y-Location：横纵向坐标位置。

43. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (1) 焊盘 常见焊盘形态如图3.24所示。 焊盘属性设置对话框如图3.25, 方形 圆形　八角形 　椭圆形 图3.24　不同形态的焊盘　 图3.25　焊盘属性对话框

44. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (2) 孔(Via) 放置：执行菜单Place→Via，或按键P→V→Enter。或单击放置工具栏图标。 类型：过孔（Multi-layer）；盲孔（Blind）；埋孔（Buried）。 属性设置：双击放置好的过孔弹出属性设置对话框。框中包括两个选项卡：Properties选项卡；用于设置过孔直径、过孔孔直径、过孔所导通的层等。Advanced选项卡；用于设置过孔所在的网络，并显示过孔的起始层和终止层。 (3)字符串 放置：执行菜单Place→String，或按键P→S→Enter。或单击放置工具栏图标。 如图3.46所示字符串用于电路的文字说明，其长度最长为255个字符，高度0.01~10　000mils。 属性设置：双击字符串打开属性设置对话框，其中：Text：设置字符串内容。　　　 Height：设置字符串高度。 Width：设置字符串笔画粗细。 Font：设置字符串字体，有Default、Serif和Sans Serif三种选择。 Mirror：设置字符串是否镜像翻转。

45. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (4) 坐标位置 放置：单击放置工具栏图标，如图3.26所示。 属性设置：双击打开属性设置对话框，其中： Size：　　　坐标大小。 Line Width：文字的线宽度。 Unit Style：文字显示方式。 Height：　　文字高度。 Width：　　文字宽度。 Font：文字字体 Layer：文字所在板层 图3.26　放置的坐标

46. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (5) 尺寸标注 放置：执行菜单Place→String，或按键P→S→Enter。或单击放置工具栏图标。 如图3.27所示字符串用于电路的文字说明，其长度最长为255个字符，高度0.01~10　000mils。 属性设置：双击字符串打开属性设置对话框，其中：Text：设置字符串内容。　　　 Height：设置字符串高度。 Width：设置字符串笔画粗细。 图3.27　放置的尺寸标注 Font：设置字符串字体，有Default、Serif和Sans Serif三种选择。 Mirror：设置字符串是否镜像翻转。

47. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (6)矩形金属填充块 矩形填充用于设置印制板中大面积的电源或地线区域，以提高系统的抗干扰能力。或是用于制板卡插件的接触表面。可连接到指定网络上。 放置：执行菜单Place→Fill或按键P→F→Enter。或单击放置工具栏 图标。 属性编辑：与前面对象类似。

48. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (7) 元件封装 放置：PCB中的元件封装放置与原理图中的元件放置类似，有三种方法，一是通过菜单Place→Component，二通过放置工具栏中的 工具，三是通过设计管理器中元件封装管理功能放置元件封装。一般情况下采用第三种方法。在这种方法中首先要加载元件封装库，即使用Add/Remove按钮从\Design Explorer99SE\Library\PCB目录中选择元件封装库，并把它加入到PCB管理器中，然后再在相应的元件封装库中选择所需要的元件封装并放置到PCB编辑区中即可。如图3.28所示。 图3.28用管理器放置元件封装

49. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (8)圆弧导线 有四个命令可以画圆弧导线，即Arc(Center) 、Arc(Edge) 、Arc(Any Angle)和Arc(Full Circle) ，分别为中心弧、边缘弧、任意角度圆弧和整圆弧。 (9)多边形金属填充 放置：菜单Place→Dimension 或单击放置工具栏图标。 弹出如图3.29所示对话框。 框中各项参数含义如下： 图3.29　铺铜属性对话框

50. 3.4 电路板设计步骤（高级篇） 3.4.2　人工设计电路板 4、放置设计对象及属性编辑 (9)多边形金属填充 Connect To Net：设置铺铜所连接的网络。No Net　表示不连接任何络网。 Pour Over Same ：遇到相同网络的焊盘或铜膜线时，直接覆盖。 Remove Dead Copper：删除“死铜”（未与任何网络相连的铜膜）。 Grid Size：设置多边形的栅格点间距，用来决定铺铜的密度。 Track Width：设置铜膜线宽，当铜膜线宽小于栅格点距时，铺铜为格子状，否则为整片铜膜。 Layer：设置铺铜所在层。 Hatching Style:铺铜类型：有900铜膜线、450铜膜线、垂直铜膜线、水平铜膜线、空中方式铺铜。 Surround Pads With：设置铺铜包围焊盘形式：有Arc圆弧形Octagon正八边形。 Minimum Primitives Size:设置铜膜线的最短限制。