基于Protel DXP 2004多层电路板设计

摘要：本文通过基于Protel DXP 2004软件的多层电路板设计原理和流程的介绍，讲述多层电路板的设计基本理念，电磁兼容的设计原则，多层板内电层的分割方法，为电路板设计的学习者和设计者提供帮助。

关键词：PCB 多层电路板 Protel DXP 电路板设计 EMC

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0066-02

继2002年Altium公司推出第七代Protel系列软件----Protel DXP后，该公司于2004年迅速推出Protel DXP的升级版本Protel DXP 2004。Protel DXP 2004为用户提供全面的设计解决方案，其改进的自动布线规则和算法提高了布线的成功率和准确率。目前，Protel DXP 2004成为电子电路人员首选的计算机辅助设计软件，是用户群最大，实际工程应用最广泛的版本。

本文结合作者对设计多层电路板的经验和体会，图文并茂的方式讲述多层电路板设计的基本思路和流程，力求注重设计要领和设计方法的介绍，并以四层板的设计为具体实例，在边讲述边操作中分析设计者的思路，帮助读者建立正确、清晰的多层电路板设计理念。

1、多层电路板设计基本流程

多层电路板的设计流程与普通的PCB板的设计步骤基本相同，不同之处是需要进行中间信号层的走线与内电层的分割，综合来看，多层电路板的设计基本分为以下几步（如图1所示）。本文先将这几个步骤做简单的介绍。

电路原理图的设计，主要目的之一是给PCB板的设计提供网络表，并为PCB板的设计做准备基础。

电路板的规划，主要是要规划PCB板的物理尺寸，元件的封装形式，元件安装方式，板层结构，即单层板、双层板和多层板。

工作参数设置，主要是指工作环境参数设置和工作层参数设置。正确合理的设置PCB环境参数，能给电路板的设计带来极大的方便，提高工作效率。

元件布局与调整，当前期工作准好后，可以将网络表导入到PCB内，或者可以在原理图中直接通过更新PCB的方式导入网路表。用过Protel DXP的读者都知道，系统自带了自动布局的功能，但是，自动布局功能的效果往往不太理想，一般应采用手工布局，尤其是对于复杂的电路和有特殊要求的元器件。元件布局和调整是PCB设计中比较重要的工作，直接影响到后面的布线和内电层的分割等操作。

中间层的定义与设置，该操作重点是在软件的层堆栈管理器里设置具体的层结构，主要是设置中间信号层和内电层的数目，上下结构等。

内电层分割，通常内电层，往往不止一个电源网络，常常需要将内部电源层分割成几个相互隔离的区域，并将每个区域连接到特定的电源网络，这是多层板与普通板的最大区别，也是多层电路板设计中重要的环节。内电层分割的结构，往往直接影响到电源和地网格的走线，同时受到元件布局和走线的影响。

布线规则设置，主要是设置电路布线的各种规范，导线线宽、平行线间距、导线与焊盘之间的安全间距及过孔大小等，无论采取何种布线方式，布线规则是必不可少的一步，良好的布线规则能保证电路板走线的安全，又符合制作工艺要求，节约成本。

布线与调整，系统提供了自动布线方式，但往往不能满足设计者的要求，实际应用中，设计者往往依靠手工布线，或者是部分自动布线结合手工交互式布线的方式完成布线工作。特别要注意的是布局和布线以及PCB具有内电层这一特点，布局和布线虽有先后，但在设计工程中往往会根据布线和内电层分割的需要调整电路板的布局，或者根据布局调整布线，他们之间是一个相互兼顾、相互调整的过程。

其他辅助操作，比如敷铜和补泪滴等操作，还有报表输出与存盘打印等文档处理工作，这些文件可以用来检查和修改电路板，也可以用来作为采购元件的清单。

多层电路板的信号层的布局和布线与普通板的要求一样，因此本文不再讨论，本文重点讨论内电层的分割与多层板的电磁兼容设计问题。

2、多层电路板中间层设置与内电层的分割

2.1 中间层的创建与设置

多层PCB板与一般的PCB不同之处在于，多层PCB除了顶层和底层之外，还有若干中间层，这些中间层可以是信号层(Mid Layer)，也可以是内部电源/接地层(Internal Plane)。中间层的作用与顶底层相似样，只是不能放置元件。内部电源/接地层为一层铜膜层，可以被分割成相互隔离的区域，每个区域铜膜都与特定的电源/地网络通过焊盘或过孔联通，其作用是可以简化电源和底网格的连线、减少线路阻抗、增强电源网络的抗干扰能力。

中间层的创建方法，可以通过专门的层设置与管理工具----Layer Stack Manager（层堆栈管理器）实现，具体操作选择菜单命令【设计】/【层堆栈管理器】，在弹出的对话框内可以方便的设置需要的层。以四层板为例，设置的两个中间层分别为电源层（Power表示）和地线层（GND表示），所连接的网络号不设置。值得注意的是，对于四层板，一般的选择层的方式是信号层、电源层、地层、信号层。更好的选择层的方式是信号层、电源层、信号层、地层。

2.2 内电层的分割方法

规划和设置好中间层，元件布局完成后，就可以进行内电层的分割，Protel DXP 2004的内电层的分割比以前的版本简单和方便得多。具体操作方法，选择菜单命令【设计】/【PCB层次颜色】或者直接按快捷字母键L，即可调出【板层和颜色】面板，这样可以将不需要的层关掉（比如顶层、底层、其他中间层），显示需要的分割层，以电源层为例，将电源层【Power】打钩以在PCB界面上显示“Power”层。 回到PCB操作界面，选择菜单命令【放置】/【直线】或者快捷键P/L，调出画线工具，选中要分割的电源焊盘（如VCC），形成一个闭合曲面，双击闭合的框，弹出对话框，选择分割出来的这个闭合区域所连接的网络（VCC）。一个分割好的内电层已完成，其他的电源网络（VDD）的操作类似。

3、多层电路板电磁兼容设计

3.1 多层电路板电磁兼容的一般原则

多层电路板电磁兼容设计时，需要从PCB材料与板层数、元器件、元器件布局等因素考虑，PCB材料上，一般的电子产品选择FR4环氧玻璃树脂基板，对于高频电路，需要选择介电常数高，介质损耗小的材料，比如聚四氟乙烯玻璃纤维基板；对于元器件的选择原则，要选择元器件的封装类型小、电源脚与递交成对配置、输入输出管脚均匀分布的元件，高频元器件还需要注意其他问题；多层电路板的布局原则，确定PCB的总体结构，选择合适的传输线模型和合理的分层来抑制PCB上的电磁干扰，要比外屏蔽好的多。另外，要确定包括高频器件、高压器件、可调器件以及大型、异型器件在内的特殊元器件的布局。

3.2 多层PCB电源和地部分的电磁兼容设计

由于高速电路工作时，电源供电存在瞬间变化的供电电流，电磁干扰容易耦合到其他功能单元。对于电源部分的设计应遵循几个原则：选择合理的供电方式导线要粗，供电环路面积应最小，不同电路的供电环不能重叠等；添加滤波器或者去耦电容，电源输入端使用大容量电解电容（10-100μF）作为低频滤波，并联一个小陶瓷电容（0.01-0.1μF）做高频滤波，一般至少每3片集成块有一个去耦电容；另外，对电源也应进行有效的隔离。

地线的实质是电路返回电源的低阻抗途径，接地是有效消除干扰的重要方法，一般要从以下方面着手控制：正确选择单点接地与多点接地，频率小于1MHz使用单点接地方式，工作频率大于10MHz时，使用多点接地方式；将数字地与模拟地分开；尽量加粗地线并使接地线构成封闭环路；地层上的分割缝不能阻挡高频回流的通路，避免将连接器安装在地层分割缝上。具体设置方法选择菜单命令【设计】/【规则】，在弹出的选项框内点击High Speed，可以设计高速PCB的电磁兼容设置。

4、结语

Protel DXP 2004电路板设计功能较以往版本强大很多，在多层板的设计方面，但有些设计完全靠软件完成，显然不尽人意，尤其多层板的内电层的分割，元器件的布局，电磁兼容设计的考虑上，导线的走线上，还需要设计者手工操作，多层板的设计，很多教材和书籍介绍不多，通过本文的介绍希望能对PCB设计的学习者和工作者带来帮助。

参考文献

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作者简介

曾小波(1979-)，男，湖南邵东人，工学学士，讲师，研究方向：电路板工艺设计与制作、电子技术。