（广东理工学院 广东肇庆 526114）
摘要：本文通过基于Protel 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。随着计算机技术和电子技术的迅速发展，Proel软件已经成为电子设计的至关重要工具。在很多本科院校课程教学中，让学生能熟练掌握Protel软件设计和应用，并能为将来就业奠定良好基础。本文主要针对PROTEL2004电路分析过程中存在的问题，提出改革的目标和具体措施。
关键词：电路；设计；分析
0.引言
Protel 2004是Altium公司推出的电路辅助设计系统，是potel系列软件在Windows XP平台的产品。Protel 2004除具有先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能，深受电子产品设计者的喜爱。电路设计的目的就是要制作出电子产品，而电子产品最终是通过印制电路板来实现的，所以在电路的原理图设计完成后，接着就是印制电路板（PCB）设计，而PCB板的质量直接影响着电子产品的性能。目前，Protel 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。
1.PROTEL2004的电路分析
1.1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。
1）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电路内，或者可以在原理图中直接通过更新电路的方式导入网路表。
2）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。
1.2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。
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，也可以是内部电源/接地层。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。
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中间层的创建方法，可以通过专门的层设置与管理工具----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。
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 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）。
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。
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：
[1]刘刚，彭荣群.Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计[M].北京：电子工业出版社，2007.6.
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[4]王芳.PCB电磁兼容设计原则及其实例分析[J].印制电路信息，2010（06）.
基金项目：本文是广东省教育厅重大科研项目《仿真技术在电气类课程教学中的应用研究》阶段性成果，项目编号：2015GXJK170。
论文作者:杨振波,陈新欣,张敏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/20
标签：电路板论文; 电源论文; 多层论文; 中间层论文; 电路论文; 元件论文; 元器件论文; 《电力设备》2016年第22期论文;