习题及答案

1. 电路板设计的基本步骤是什么？

回答：电路板设计的基本步骤如图1-1所示。

原理图符号设计原理图设计元器件封装设计PCB电路板设计送交制板商 图1-1 电路板设计的基本步骤

2. 电路板设计中常用的编辑器有哪几个？

回答：电路板设计中常用的编辑器包括原理图编辑器、原理图库编辑器、PCB编辑器和元器件封装库编辑器等。

第2章

1. 原理图符号有几部分组成？

回答：一般的原理图符号主要由三部分组成：一部分是用来表示元器件的电气功能或几何外形的示意图，第二部分是构成该元器件的引脚，第三部分是一些必要的注释，如图2-1所示。

注释 示意图 引脚 图2-1原理图符号的组成

2. 设计原理图符号的基本步骤有哪些？各自的注意事项是什么？

回答：根据原理图符号的组成，设计原理图符号的基本步骤如图2-2所示。

绘制元器件的示意图放置元器件的引脚给原理图符号添加注释定义原理图符号的属性 图2-2 制作原理图符号的基本步骤

1）绘制元器件的示意图。

元器件的示意图主要用来表示元器件的功能或者是元器件的外形，不具备任何电气意义。因此，读者在绘制元器件的示意图时可绘制任意形状的图形，但是必须本着美观大方和易于交流的原则。 2）放置元器件的引脚

原理图符号中的元器件引脚与实际的元器件引脚具有一一对应的关系。

在设计原理图符号时，放置元器件的引脚应当注意以下三点。  正确设置元器件引脚的序号。

原理图符号中的元器件引脚与实际的元器件引脚具有一一对应的关系，但是为了方便原理图设计中的布线，原理图符号中的引脚顺序可以不按照实际元器件的引脚顺序来放置。

 正确放置元器件引脚的电气热点。

在放置原理图符号的引脚时，元器件引脚的电气热点应当远离元器件示意图，否则在绘制原理图时，该引脚不能与相连的导线或网络标号形成电气上的连接。  元器件引脚的名称应当能够直观地体现该引脚的功能。

一般地，元器件引脚的名称要求能够直观地体现出元器件引脚的电气功能，目的是增强原理图的可读性。当然，这也不是必需的，读者可以随意填写或者不写。

第3章

1. 原理图设计的基本流程是什么？

回答：一般地，原理图设计的基本流程如图3-1所示。

新建原理图设置工作参数载入原理图库放置元器件元器件位置调整布线注解、修饰检查、修改 图3-1 原理图设计的基本流程

2. 利用本章介绍的几种放置元器件的方法放置电解电容元器件，注意体会各种放置元器件方法的

异同。

回答：放置元器件主要有以下几种方法。

 利用菜单命令【Place】/【Part…】放置元器件。   

利用快捷键P/P放置元器件。

利用放置工具栏中的按钮放置元器件 利用原理图符号列表栏放置元器件。

3. 调整元器件位置主要包括几种方式？

回答：调整元器件的位置主要包括以下几种方式。

 移动元器件。

 旋转和翻转元器件。  排列和对齐元器件。

移动元器件也可分为移动单个元器件和同时移动多个元器件。 旋转元器件时主要利用以下快捷键对元器件进行旋转。

 Space键（空格键）：使元器件旋转。每按一次Space键，被选中的元器件逆时针旋转90°。

 X键：使元器件水平翻转。每按一次X键，被选中的元器件左右对调一次。  Y键：使元器件上下翻转。每按一次Y键，被选中的元器件上下对调一次。

在Protel 99SE中，图件排列和对齐的方式有左对齐、右对齐、水平中心对齐、顶端对齐、底端对齐、垂直中心对齐、水平匀布、垂直匀布等8种方式。 4. 在原理图设计过程中，修改元器件的属性主要有几种方法？

回答：编辑元器件属性可以在放置元器件的过程中，通过按Tab键来激活编辑元器件属性对话框，也可以在调整好元器件位置后，通过双击元器件打开元器件属性对话框进行编辑。 5. 原理图布线通常有几种方法？

回答：所谓的原理图布线，就是用具有电气连接的导线、网络标号、输入输出端口等将放置好的各个相互独立的元器件按照设计要求连接起来，从而建立电气连接的过程。

对电路原理图进行布线的方法主要有3种。  利用放置工具栏（Wiring Tools）进行布线

 

利用菜单命令进行布线 利用快捷键进行布线

在上述3种布线方法中，利用放置工具栏布线最为常用。

6. 导线与网络标号都是常用的布线工具，那么二者各在什么情况下适用？

回答：网络标号，指的是某个电气连接的名称。连接在一起的元器件引脚、导线、焊盘和过孔等导电图件具有同一个网络标号。

在一些复杂的原理图设计中，由于元器件比较多、连线复杂，如果采用放置导线的方法来布线，则会使图纸显得杂乱无章，从而大大影响图纸的美观和可读性。然而，合理使用网络标号则可以使整张图纸变得清晰易读。

第4章

1. 了解ERC设计校验的功能。

回答：电气法则测试就是通常所称的ERC（Electrical Rules Check）。

电气法则测试是利用电路设计软件对用户设计好的电路进行测试，以便检查人为的错误或疏忽，比如空的管脚、没有连接的网络标号、没有连接的电源以及重复的元器件编号等等。执行测试后，程序会自动生成电路中可能存在的各种错误的报表，并且会在电路图中有错误的地方印上特殊的符号，以便提醒设计人员进行检查和修改。

2. 对“全桥隔离驱动电路.Sch”原理图进行ERC设计校验。

回答：请参考4.1节——电气法则测试（ERC）。

3. 生成“电源电路.Sch”和“全桥隔离驱动电路.Sch”的元器件清单。

回答：请参考4.2节——创建元器件报表清单。

4. 创建“全桥隔离驱动电路.Sch”原理图的网络表文件，并对网络表进行简单的分析。 回答：请参考4.3节——创建网络表文件。

5. 打印输出“全桥隔离驱动电路.Sch”原理图设计。

回答：请参考4.5节——原理图打印输出。

第5章

1. 利用生成向导创建的元器件封装具有什么特点？

回答：利用系统提供的生成向导制作元器件封装只需根据系统的向导一步步输入元器件的尺寸参数就可以完成元器件封装的制作，它的特点是简便快捷。但是，利用系统提供的生成向导创建元器件封装只能制作标准的元器件封装。

2. 手工制作的元器件封装具有什么特点？

回答：手工制作元器件封装比较复杂，适用于制作异形的非标准元器件封装

3. 在手工制作元器件封装的过程中，怎样快速、准确地绘制元器件的外形和调整焊盘的间距？

回答：灵活设置系统的坐标参考原点，可以快速、准确地绘制元器件的外形和调整焊盘的间距，具体的操作请参考5.3.3节——制作TO-220元器件封装

第6章

1. 在Protel 99SE中， PCB电路板设计的基本流程是什么? 回答：请参考6.1.1节——电路板设计的基本流程。

2. 规划电路板要进行哪些工作？请说明电气边界的作用是什么？

回答：规划电路板包括设计电路板外形、定义电气边界、物理边界和预设安装孔等。电路板的电气边界一般定义在禁止布线工作层面上，主要用来限制导电图件（包括元器件、导线、焊盘等）放置的范围。

3. 网络表与元器件封装的载入有哪些方法？在网络表与元器件封装的载入过程中有什么注意事

项？ 回答：载入网络表与元器件封装，既可以在原理图编辑器内通过执行菜单命令【Design】【/Update PCB…】来更新PCB文件，也可以在PCB编辑器内通过执行菜单命令【Design】/【Load Nets…】来载入网络表文件。

在载入网络连接与元器件封装之前，为了确保网络表和元器件封装的顺利载入，必须先载入元器件封装库。如果所需的元器件封装在系统提供的元器件封装库中查找不到，则还应当首先制作该元器件封装。

4. 交互式布局方式中手工布局的对象主要有哪些？

回答：交互式布局方式中手工布局的对象主要包括：  与机械尺寸有关的元器件。

      

与装配相关的元器件。 大的占位置的元器件。 发热量高的元器件。 核心元器件。

高频时钟电路。

对电磁干扰敏感的电路。 热敏元器件。

5. 简述自动布局、手工布局和交互式布局各自的优缺点。

回答：元器件自动布局只需进行元器件布局规则的设置，系统就能自动完成元器件的布局，具有简单快捷的优点，但是自动布局的结果往往不如人意。

手工布局则对设计者的电路知识要求较高，并且需要十分清楚的了解电路板上的电路功能，对于初学者来说难度较大。但是，从多年设计电路板的经验来看，电路板设计最好选择手工布局和手动布线。

交互式布局方法，是自动布局与手工布局两者相结合，首先对关键元器件进行手工布局，然后再对剩下的元器件进行自动布局，这样做既省时省力，又能最大限度地满足电路设计的需要。

6. 自动布局参数如何设置？

回答：自动布局参数设置主要包括两个步骤：  设置元器件布局有关的设计规则。

 选择自动布局的方式，并进行自动布局的操作。 具体的操作请参考6.8.3——元器件的自动布局 7. 熟悉元器件布局的基本原则。

回答：元器件布局一般应遵循以下原则。

(1) 在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端等都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路和开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM），或者是放在电路板的边缘。如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于增强抗干扰能力，提高电路工作的可靠性。

(2) 尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc走线上引起严重的开关噪声尖峰。防止Vcc走线上开关噪声尖峰的有效方法是在Vcc与电源地之间安放一个0.1uF的去耦电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件，那么可以用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。最好是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗（ESL）和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。

在安放去耦电容时需要注意以下几点。

 在印制电路板的电源输入端跨接100μF左右的电解电容，如果体积允许的话，电容量大一些会更好。

 原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01μF的瓷片电容，如果电路板的空隙太小而放置不下时，可以每10个芯片左右放置一个1～10μF的钽电容。

 对于抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线（Vcc）和地线之间接入去耦电容。

 电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。

(1) 接插件一般放置在电路板的边缘，以方便安装和后面的布线工作，如果实在没有办法，也可以将其放置在电路板中间，但应尽量避免这样放置。

(2) 在元器件手动布局中，应当尽量考虑以后布线的方便，对于布线较多的区域，应当留出足够多的空间，以免布线受阻。

(3) 数字电路和模拟电路应分区域进行布局，如果可能二者之间可适当留出2-3mm的空间，以免相互干扰。

(4) 对于高压和低压电路之间，为了保证足够高的电绝缘可靠性，二者之间应当留出4mm以上的空间。

(5) 元器件布局时，应尽量保持整齐、美观。

第7章

1. 电路板有几种常用的布线方法，各自的特点是什么？

回答：电路板布线方法同元器件布局一样，也包括以下三种常用的布线方法。

 自动布线：自动布线只需进行简单的布线设计过则设置，系统就会自动完成电路板的布线，但是自动布线的结果常常不能令人十分满意。  手动布线：手动布线则能完全根据设计者的意图对电路板上的元器件进行布线，能最大限度的满足设计思路。但是，手动布线对设计的知识要求较高，并且效率低、设计周期长。

 自动布线和手动布线相结合的交互式布线方法：交互式布线充分结合手动布线与自动

布线的优点，二者在整个布线过程中交替使用，既能利用手动布线实现设计者的意图，

又能利用自动布线的高效率和优化的算法，从而实现快速、优化布线。

2. 电路板交互式布线的基本流程是什么?

回答：电路板交互式布线方法的基本流程如下图所示。

设置布线设计规则重要网络预布线自动布线手工调整自动布线结果电路板覆铜DRC设计校验电路板交互式布线基本流程

3. 常用的布线设计规则包括那几项？

回答：常用的布线设计规则主要包括以下几项。  【Clearance Constraint】（安全间距限制设计规则）：安全间距限制设计规则设置选项，适用于在线DRC或运行DRC设计规则检查、自动布线过程。当电路板上不同网络标

号的导电图件之间的距离小于设定的安全间距时，系统将会报错。  【Short-Circuit Constraint】（短路限制设计规则）：短路限制设计规则设置选项，适用于在线DRC或运行DRC设计规则检查、自动布线过程。当电路板上不同网络标号的导电图件出现短路现象时，系统将会报错。  【Width Constraint】（布线宽度设计规则）：布线宽度设计规则设置选项，适用于运行DRC设计规则检查、自动布线过程。当电路板上导线的宽度小于设定的最小导线宽度，或者大于最大的导线宽度时，系统将会报错。

4. 电路板布线的一般原则是什么？

回答：电路板的布线一般要遵循以下原则。

(1) 引脚间的连线尽量短。由于算法的原因，自动布线最大的缺点就是布线时的拐角太多，许多连线往往是舍近求远，拐了一个大弯再转回来，这一类布线是手工调整的主要对象。

(2) 连线尽量不要从IC片的引脚间穿过。连线从引脚之间穿过，焊接元器件时容易造成短路，这部分导线能修改的尽量手工修整。

(3) 连线简洁，同一连线不要重复连接，以免影响布线美观。

5. 手工调整的作用是什么？

回答：自动布线的功能主要是实现电气网络间的连接，而很少考虑到特殊的电气、物理和散热等要求。因此，手工调整的作用就是调整不符合电路板布线原则的布线，使之满足特殊的电气、物理和散热等要求，以保证电路板能够正常地工作。 6. 覆铜对电路板有什么好处？

回答：对各布线层中放置的地线网络进行覆铜，不但可以增强PCB板抗干扰的能力，使电路

板更加美观，而且可以增大地线网络过电流的能力。

7. 进行DRC校验的好处是什么？

回答：在电路板布线完成后对电路板做DRC设计检验，可以确保PCB电路板完全符合设计规则的要求，所有的网络均已正确连接。这一步对初学者来说，尤为重要，即使是有着丰富经验的设计人员，也可以借助DRC设计检验保证电路板设计万无一失。

第8章

1. 全局编辑功能的关键是什么？需要设置那些属性？

回答：全局编辑的关键在于找到需要编辑图件的共同属性，这个共同属性可以是图件自身具有的，比如导线的颜色及宽度等属性；也可以是设计者对共同属性的定义，比如编辑所有选中的图件或所有未选中的图件。总之，对这些需要编辑的图件来说，设计者总可以建立一个全局编辑修改的条件。

一般需要设置元器件属性、匹配属性和复制属性。

2. 在选取图件时，如果要使选取的图件具有记忆功能，应如何设置系统参数？

回答：图件的选取操作是否具有记忆功能与系统参数的设置密切相关。选取菜单命令【Tools】/【Preferences…】，在打开的【Preferences】（系统参数）设置对话框中，单击【Options】选项卡，即可打开常规参数设置对话框，然后选中【Editing Options】（编辑选项）栏下的【Extend Selection】选项，那么在第二次选取图件后，前一次选中的图件就不会取消选中状态。 3. 在地线覆铜时，如何分别实现整块覆铜与网格覆铜？

回答：如果要得到整片的覆铜，而不是网格覆铜，可以将网格线的宽度【Track Width】设定为大于或等于格点的间距【Grid Size】。 反之，则可以得到网格覆铜。 4. 如何放置可镀锡的导线？

回答：常用的方法有以下两种：

1） 将工作层面切换到多层面【MultiLayer】，然后再执行放置导线的命令，则放置的导线就可

以镀锡；

2） 顶层或底层放置导线，然后再在已经放置的导线上再次放置一相同外形的导线。请注意，

第二次放置的导线，应当将导线的工作层面属性修改为【Top Solder】（顶层阻焊层）或【Bottom Solder】（底层阻焊层），则电路板制作之后就可以给该导线镀锡。

5. 如何任意角度旋转元器件？与Space键旋转元器件有何区别？ 回答：请参考8.2.7——任意角度旋转元器件。

在某个元器件上单击并按住鼠标左键，然后按Space键也可以旋转元器件，每按一次Space键可将元器件旋转90度。因此，利用修改元器件属性的方法可以任意角度旋转元器件。 6. 打印输出“全桥隔离驱动电路.ddb”中手工设计电路板的装配丝印图。 回答：请参考8.2.13——PCB电路板的打印输出。 7. 常用的管理元器件库的方法有几种？各有何优点？

回答：在电路板的设计过程中，常用的管理元器件库的方法主要有以下3种。  有效利用系统提供的常用元器件库。  创建自己的元器件库。

 创建项目元器件库。

Protel 99SE为设计者提供了丰富的元器件库，这些元器件库是进行电路板设计的宝贵资源，一般电路板设计中所用的原理图符号和元器件封装都能在这些元器件库中找到。因此，合理有效的运用系统提供的元器件库，能够大幅降低电路板设计的强度，提高电路板设计的效率和质量。

创建自己元器件库的方法比较适合个人设计PCB电路板，将电路板设计过程中自己制作的原理图符号和元器件封装保存起来，可以在以后电路板设计中使用。

创建项目元器件库的方法则比较适合公司和项目设计中元器件库的管理。

第9章

1. 将系统的放大（Page Up）和缩小（Page Down）快捷键分别重新设置A和Z。

回答：请参考9.1节——系统快捷键设置

2. 自动存盘功能和自动备份功能有什么差别？

回答：自动备份功能和自动存盘功能有异曲同工之妙，只是两者针对的对象不同和存储文件发生的条件不同而有所区别。自动备份设计文件发生在存储设计文件的时候，系统会自动将正在覆盖的文件进行备份，而自动存盘功能则是在设定的自动存盘的时间间隔内对设计浏览器中处于激活状态的设计文件进行存盘。

3. 元器件封装和网络表不能顺利载入到PCB编辑器中的主要原因是什么？

回答：通常情况下，元器件封装和网络表不能顺利载入到PCB编辑器中可能由下述原因造成。 

  

在原理图设计中没有为原理图符号添加元器件封装。

在PCB编辑器中没有载入电路设计中所需要的元器件封装库。

原理图设计中部分原理图符号与元器件封装中没有形成对应关系。

在原理图设计中，由于元器件序号编号重复，则在PCB编辑器中载入元器件封装时，

将会丢失元器件。

4. 对于载入元器件封装和网络表过程中常见的问题，可以采取哪些措施？

回答：当载入元器件封装和网络标的过程中出现错误而不能顺利载入时，就需要结合系统的提示对上述原因进行排查，直到找到出错的真正原因。解决载入元器件封装和网络表常见问题可按以下步骤进行。

（1） 如果系统提示错误信息是“Footprint not found in Library” 和“Component not found”，并且错误信息只与少数几个元器件相关，则可能是在原理图设计中没有给原理图符号添加元器件封装。

（2） 如果系统报错的数目相当多，则可能是原理图设计中大部分原理图符号都没有添加元器件封装，因此可以先返回到原理图设计中查看相应的原理图符号是否有元器件封装。如果该原理图符号添加了元器件封装，则应回到PCB编辑器中查看是否是没有添加所需的元器件封装库文件。 （3） 如果系统只提示元器件的电气节点没有找到，则应该查看是否是元器件的原理图符号引脚号和元器件封装的焊盘序号没有对应关系。

（4） 如果在进行电路板设计的过程中发现电路板上有丢失的元器件，而且在载入元器件封装和网络表的过程中系统没有报错，就应当对原理图设计进行检查，看是否有序号重复的元器件。 为了减少并及时排除载入元器件封装和网络表过程中的问题，在载入元器件封装和网络表之前可采取以下措施。 （1） 原理图设计完成后，仔细检查是否为每一个元器件都添加了元器件封装。

（2） 确认需要的元器件封装库都已经载入到PCB编辑器中了。 （3） 对原理图进行ERC设计检查，通过电气检查可以有效地发现并消除元器件序号重复的错误。

5. 在电路板上，如何绘制方孔？

回答：请参考9.6.3——焊盘特殊形式内“孔”的标注。