Protel电路设计教程

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Protel电路设计教程 辅助学习材料

江思敏，陈明

清华大学出版社

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学习内容

PCB设计基础知识 Protel软件介绍 Protel原理电路图设计 Protel PCB布局和布线 Protel电路仿真 Protel信号完整性分析

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第1讲 PCB设计基础知识PCB的设计就是将设计的电路在一块板上实现。 一块PCB板上不但要包含所有必须的电路，而且还 应该具有合适的元件选择、元件的信号速度、材 料、温度范围、电源的电压范围以及制造公差等 信息，一块设计出来的PCB必须能够制造出来，所 以PCB的设计除了满足功能要求外，还要求满足制 造工艺要求以及装配要求。

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1. PCB设计流程设计要求和规范 原理图仿真 设计规则检查和调整

生成系统组成结构框图

确定PCB的尺寸和结构

时序和信号完整性分析

功能分解

元件布局

生成制造文件

绘制原理图

确定设计布线规则

PCB的制造和装配

创建元件库

进行PCB布线

PCB产品的测试

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2. PCB制造材料

PCB的信号传导层材料：铜箔 铜箔通过加热和压力作用下粘接在衬底层上。 铜箔层的厚度通常由其每平方英尺的重量来指定，常 用的有1或2盎司规格，其他规格的铜箔材料有0.25、 0.5、3和4盎司等类型。 1盎司铜的厚度大约为0.035mm±0.002mm。选择那种 铜箔主要根据它的电阻系数

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2. PCB制造材料

不同重量的铜电阻系数和铜箔宽度的关系100 铜的重量 0.5盎司 1盎司 2盎司 3盎司

10 电阻系数 (mΩ /cm)

1.0 20℃ 70℃

0.1 0.1 1.0 铜箔的宽度(mm) 10

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2. PCB制造材料

绝缘层材料：环氧树脂玻璃和酚醛纸 酚醛纸是一种更加便宜的并且容易冲孔的材料，因此 它的主要应用在高产量的非关键性的场合。酚醛纸的 电气特性比环氧树脂玻璃的要差、机械性能比较脆、 较差的工作温度范围、很容易吸收水分并且不适合通 孔的涂层结构。 环氧树脂玻璃布可以有效地应用于通孔涂层和多层板。 如果对机械和电器特性有较高要求时，它也可以用于 简单结构。环氧树脂玻璃具有很好的尺寸稳定性，具 有比酚醛纸更好的机械特性，但是成本要高一些，因 为它必须钻孔，而不能实现冲孔。

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2. PCB制造材料

一些常用的PCB材料特性和选择规范材料 表面电阻(mΩ ) 介电常数 r 绝缘强度 (kV/mil) 温度补偿系数 (x-y ppm/ C) 最高温度 ( C )

标准的FR4

最小为 1 ×104 1 ×106

最

大为5.4, 典 型值4.6–4.9 3.8

最小为1.0

13–16

110–150

FR408 (高质量) 环氧树脂-芳族聚酰胺 (适用 于更小的走线间距离)

1.4

13

180

5 ×106

3.8

1.6

10

180

聚酰亚胺

3.4

3.8

20

300

聚酯

3.0

3.4

27

105

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3. PCB板的结构

一个普通的PCB板由镀铜的树脂玻璃材料或一层铜箔 与树脂材料(介电层)粘接在一起

铜层

介电绝缘层

铜层

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3. PCB板的结构(1) 铜箔 铜箔是一薄层的铜(如图0-5所示),放置在 介电填充材料之间并且和介电填充材料粘接在一起。

铜箔

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3. PCB板的结构(2)铜镀层 铜镀层主要用于板的外层，并且当对板上的 钻孔的孔壁进行镀铜层时，也为板上的铜提供了额外 的铜层。

蚀刻的铜镀层 铜镀层 铜箔 介电绝缘 层 介电绝缘 层

蚀刻的铜箔

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3. PCB板的结构(3)焊锡流 焊锡流是将焊锡铺在板的裸露铜表面的工艺， 有助于后面装配元件时的焊接，并保护铜放置被氧化。焊锡流

铜镀层

铜箔层

介电绝缘层

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3. PCB板的结构(4) 阻焊层 阻焊层可以防止焊锡附着在上面。可以保 护铜层放置被氧化。阻焊层可以去绝缘作用，即铺了 阻焊层的走线与外界可以实现绝缘。阻焊层 铜走线

介电绝缘层

(5)走线 PCB上的走线实际上就是信号导线。它提供了

相同的传输电信号的功能，它的两端一般于PCB上的 元件的引脚相连接。

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3. PCB板的结构(6)焊盘 一个焊盘可以有几种不同的形状和类型，最常 用的两种焊盘类型为表贴元件安装的镀锡焊盘和通孔 镀锡焊盘。元件引脚 阻焊层 焊锡流 铜镀层 铜箔粘接层

焊锡流

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4. PCB的走线配置

设计PCB时，有两种基本的走线配置：微带走线 (Microstrip)和带状走线(Stripline)。微带走线 内层芯 顶层 地平面 电介质 内层芯 电介质 内层芯 电介质 内层芯

信号层电源平面 地平面

信号层电源平面 底层

带状走线

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5. PCB设计和电磁兼容

PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。 在PCB设计中，元件的选择和电路设计是影响板级电 磁兼容性性能的主要因素。 元件的布局对PCB的电磁兼容性具有重要的影响(数 字电路、模拟电路以及电源电路的元件布局)

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第2讲 Protel软件介绍

Protel 2004构建于一整套板级设计及实现特性上，其 中包括原理图设计、印制电路板设计、混

合信号电路 仿真、布局前/后信号完整性分析、规则驱动PCB布局 与编辑、改进型拓扑自动布线及全部计算机辅助制造 (CAM)输出能力。 Protel 2004支持FPGA及其它可编程器件设计及其在 PCB上的集成。

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1. Protel 2004绘图环境

Protel 2004主界面

工作区，点击对应的选择项 可快速启动该功能

工作区面板，点击其可 以弹出相应的工作界面

文件工作区 面板

工作区面板按钮，点 击其可以弹出相应的 工作界面或快捷菜单

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1. Protel 2004绘图环境

新建文件菜单介绍

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2. 设置Protel 2004系统参数

执行系统的“Preferences”命令进行系统参数设置。

在系统参数对话框的系统设置选项中设定系统参数。

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3. Protel 2004的原理图编辑模块

原理图设计编辑模块是Protel 2004主要功能模块之一。 原理图是电路设计的开始，是一个用户设计目标的原 理实现，图形主要由电子组件和线路组成。 原理图是由Schematic模块生成的。Schematic模块具 有如下特点： 支持多通道设计 丰富而又灵活的编辑功能 强大的设计自动化功能 在线库编辑及完善的库管理 电路信号仿真

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8wl4.html