题目：基于protel 99的石英晶体
振荡器设计
学生姓名：刘菲
学生学号： 1214030219 系别：电气信息工程学院
专业：通信工程
年级： 12级
任课教师：井田
电气信息工程学院制
基于Protel99的石英晶体振荡器
学生：刘菲
指导老师：井田
电气信息工程学院12级通信工程2班
摘要
Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。

是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。

在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。

想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。

石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

本次实验课设是设计一个简易的石英晶体振荡器，并利用Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB图制作
关键字：Protel设计；石英晶体振荡；原理图绘制；PCB制作
1 石英晶体振荡器设计
1.1 石英晶体振荡器的结构
石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致：从一块石英晶体上按一定方位切下薄片，在它的两个对应面上涂覆银层作为电极，在每个电极上各焊接一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装，也用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

1.2 压电效应
若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械形变。

反子，若在晶片的两侧事假机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象成为压电效应。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率的振幅大得多，这种现象为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

1.3 相关参数
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约到几个pF到几十pF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的值约为几十mH到几百mH.。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002~0.1pF。

晶片振动时因为摩擦而造成的损耗用R来等效，它的值约为100欧。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小因此回路的品质因数Q很大，可达1000~10000。

加上它的本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做的精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

石英晶体谐振器有两个谐振频率，当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。

串联谐振频率用fs表示，石英晶体对于串联谐振频率fs呈纯
阻性；当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C发生并联谐振，并联频率用fd表示。

2 Protel原理图绘制
2.1创建文件
（1）打开protel 99se程序，点击file，new选择路径建立一个工程，如图1所示。

图1建立工程
（2）点击ok，下一步，新建一个SCH文件，也就是电路图设计项目，选择schematic Documen，如图2所示。

图2新建SCH文件
2.2原理图绘制和电气规则检测
（1）原理图如图3所示。

图3原理图
（2）当整个电路设计完成后，可以进行电气规则检查。

主要是检查电路图中是否有电气性质不一致的情况。

电气规则检查依据问题的严重性分别以错误或警告信息来提示用户。

ERC检查报告无错后进行下一步。

如图4所示。

图4电气规则检测
2.3生成网络表、元件列表、元件报表、NC钻孔报表
（1）选取设计菜单下的create netlist选项，点击OK后生成网络表。

如图5所示。

图5生成网络表
（2）执行菜单命令Report/BILLOFMATERIAL出现新的对话框选择[sheet]点击下一步，默认直到倒数第二步将ProtelFormat、CSVFormatClientSpreadsheet全部选中点击下一步和Finish就生成了相关图表。

元件列表如图6所示，元件报表如7所示。

图6元件列表
图7元件报表
（3)选取设计菜单下的Reports/NC Drill选项，生成NC钻孔报表。

如图8所示。

图8NC钻孔报表
3 PCB图的制做
3.1规划PCB版并导入网络表、元器件的摆放及布、自动布线
(1)设定工作层面：执行菜单命令Design/Options后，Design/Options页面基本工作层面说明：信号层（SignalLayers）：用来放置元件、导线等与电气信号有关的电气元素。

对于制作双面板而言，要选中顶层铜膜布线面（TopLayers）和底层铜膜布线面（BottomLayers）。

丝印层（Silkscreen）：用于绘制元件的外形轮廓，元件序号和标注字符等。

一般选中顶层（Topoverlay）即可。

防护层（Mask）：自动生成，不选。

禁止布线层（KeepOutLayer）：用于规定放置元件和布线的区域。

多层面（Multilayer）：用于快速把对象（例如，焊盘和过孔）加入到所有的信号层，选中即可。

其它的选项使用默认设置即可。

(2)规划电气边界：在禁止布线层（KeepOutlayer）进行。

首先点击相应的层面标签：然后在此层面上绘制一个区域（一般为方形）。

在*.Sch文件的界面下，执行菜单的命令Design/UpdatePCB,会出现一个界面。

全部使用默认值。

然后单击按钮
进入Update Design对话框的Changes选项卡，可以发现更新过程是否存在错误。

如果没有错误，单击对话框的按钮Execute即可将本次更新的变动反映在PCB文件中。

(3)在PCB状态下执行菜单命令【Design】/【Netlist……】,在出现的对话框中点击标签。

然后选择之前创建好的后缀名为.net的网络表。

若元件封装、原理图均无错误后即可在PCB版上生成元器件。

在网络表文件载入时，常常会出现两种错误：FootprintNotAvailable(封装元件遗漏)NodeNotFound(引脚遗漏)。

在加载的时候，应该注意改正错误，得到正确的网络表。

生成的PCB
(4)Protel PCB 内集成了一个功能强大而品质高超的自动布线程序，能自动地设计出最佳的自动布线策略。

选择自动布线菜单中的All，在弹出的对话框中选RouteAll便开始自动布线程序，布线完成后在弹出的对话框中选择OK便完成了。

如图9所示。

图9生成PCB
(3)在PCB状态下执行菜单命令【Reports】/【Board Information;】然后点击Report按钮，生成图表如图10所示。

图10电路板报表文件
4 总结
通过本次Protel课程设计，自己更加熟悉了该软件的操作，了解了Protel在电路原理图的绘制和PCB板制作上的强大功能。

通过一个星期的课程设计，发现自己的实践经验还比较缺乏，理论联系实际的能力需要提高。

本次课设是制作了石英晶体振荡器，在课设过程中，巩固了数字电路方面的理论知识，通过这次课程设计，我掌握了做课程设计的基本思路和方法，在脑海里形成了基本的设计理念和设计技巧，锻炼了自己的思维能力与动手能力。