項目2雙面PCB的設計與制作-任務5

1、印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造多層印制板設計與制造多層印制板設計與制造印制板電路板的設計與制造印制板電路板的設計與制造項目項目2 2 雙面雙面PCBPCB的設計與制作的設計與制作任務任務5 設計雙面設計雙面PCB印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造任務任務5 設計雙面設計雙面PCB5.1 創(chuàng)建元器件的封裝庫和集成庫創(chuàng)建元器件的封裝庫和集成庫5.2 PCB的設計規(guī)則的設計規(guī)則5.3 雙面雙面PCB設計設計5.4 拓展訓練拓展訓練印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.1創(chuàng)建元器件的封裝庫和集成庫創(chuàng)建元器件的封裝庫和集成庫5.1.1 創(chuàng)建元器件的封裝創(chuàng)建元器件的封裝

2、元器件的外形尺寸通常有兩種途徑獲得，一種是通過元件手冊，手冊上會提供它的外形及引腳尺寸，另一種就是用游標卡尺直接測繪。這里我們直接給出數(shù)碼管的外形尺寸，如圖5-1所示。 圖圖5-1印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造1.啟動元器件編輯器啟動元器件編輯器 執(zhí)行菜單命令 “File”“New” “Library” “PCB Library”，打開PCB封裝庫編輯器，系統(tǒng)自動產(chǎn)生一個PCB庫文件“Pcblib1.PcBlib”，如圖5-2所示。圖圖5-2印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造單擊“PCB Library”在工作區(qū)中打開PCB庫編輯管理器，如圖5-3所示。 執(zhí)行菜單命令“

3、工具”“元器件屬性”在彈出的對話框中輸入“數(shù)碼管”如圖5-4所示，或者雙擊該名稱也可重命名，然后單擊確定。圖圖5-3 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造2.柵格設置柵格設置執(zhí)行菜單命令“Tools”“Library Options”命令（快捷鍵為T，O）打開Board Options對話框，如圖5-4.圖圖5-4 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-5 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造3.添加焊盤添加焊盤執(zhí)行“Place” “Pad”命令（快捷鍵為P,P）或單擊工具欄按鈕，光標處將出現(xiàn)焊盤，放置焊盤之前，先按Tab鍵，彈出Padmil對話框，如圖5-6所示

4、。圖圖5-6 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造放置好的焊盤的數(shù)碼管如圖5-7所示。4.繪制輪廓繪制輪廓在繪制元器件輪廓之前，先確定它們所屬的層，單擊編輯窗口底部的Top Overlay標簽。 執(zhí)行“Place”“Line” 命令（快捷鍵為P,L）或單擊按鈕，放置線段前可按Tab鍵編輯線段屬性，這里選默認值。繪制好數(shù)碼管封裝如圖5-8所示。圖圖5-7印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.1.2 創(chuàng)建元器件的集成庫創(chuàng)建元器件的集成庫 1.集成庫的概念集成庫的概念 在集成庫中的元件不僅具有原理圖中代表元件的符號，還集成了相應的功能模塊，如FootPrint 封裝，電路仿真模塊，

5、信號完整性分析模塊等。優(yōu)點：優(yōu)點：便于移植和共享，元件和模塊之間的連接具有安全性，集成庫在編譯過程中會檢測錯誤。 圖圖5-8印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造2.集成庫的創(chuàng)建步驟集成庫的創(chuàng)建步驟集成庫的創(chuàng)建主要有以下幾個步驟：創(chuàng)建集成庫包增加原理圖符號元件為元件符號建立模塊聯(lián)接編譯集成庫3實例實例執(zhí)行菜單命令FileNewProjectIntegrated Library（集成庫），如圖5-9所示。新建一個集成庫印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造工程，默認名稱為Integrated_Library1.LibPkg。 執(zhí)行菜單命令FileSave Project將工程保存為M

6、yLib.LibPkg。執(zhí)行菜單命令FileNewLibrarySchematic Library創(chuàng)建原理圖庫，并命名為MyLib.SchLib。然后按照前面的方法繪制原理圖符號。圖圖5-9 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造執(zhí)行菜單命令FileNewLibraryPCB Library創(chuàng)建原理圖庫，并命名為MyLib.PcbLib，如圖5-10所示。然后按照前面的方法繪制原理圖符號對應的封裝。 執(zhí)行菜單命令ProjectCompile Integrated Library MyLib.LibPkg對生成的集成庫MyLib.LibPkg進行編譯，如圖5-11所示。 圖圖5-10 印制

7、電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.2 PCB的設計規(guī)則的設計規(guī)則5.2.1 PCB布局規(guī)則布局規(guī)則 深入理解原理圖，明確板上主要元器件，根據(jù)印制板的主信號流向布局主要元器件。如圖5-12所示，電解電容C1在布局時要緊挨著整流橋BRIDGE2放置。 圖圖5-11 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造 1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:24-Mar-2010Sheet of File:D:教 學 文 件 0910第 2學 期 課 件 線 性 電 源 單 面 板 .ddbDrawn By:AC1AC2+3-4B1BRIDGE

8、2C1C2CAPC3C4CAPVin1GND2Vout3SR1 7815+15VGNDAC21AC221234CN11234CN2AC21AC22AC21AC22GND+15VGND+15V圖圖5-12 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造元器件距離印制板邊緣不小于200mil(5.08mm)。器件布局柵格的設置，一般建議在IC器件布局時，柵格設置為50100mil,小型表面安裝器件布局時，柵格設置不少于25mil。需考慮與結(jié)構(gòu)安裝有關(guān)的問題，如固定螺釘和金屬墊片直徑外11.5mm范圍內(nèi)不能放置過孔和走線等。印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造優(yōu)先布局重要的單元電路和核心元器件

9、，如圖5-13. 質(zhì)量較大的元器件應避免放在板的中心，應靠近印制板的固定邊放置。同類型插裝元器件應盡量朝一個方向放置。同一類型的極性分離器件也要盡量在方向上保持一致。按照均勻分布、重心平衡、板面美觀的標準優(yōu)化布局。 圖圖5-13 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.2.2 PCB布線規(guī)則布線規(guī)則 回路最小規(guī)則，即信號線或地線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小，如圖5-14。 圖圖5-14 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造克服串擾的主要措施是：加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則（W為線寬）；在平行線間插入接地的隔離線；減小布線層

10、與地平面的距離，如圖5-15。圖圖5-15印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造屏蔽保護規(guī)則如圖5-16所示，圖中將信號線用地屏蔽線包圍起來。 圖圖5-16印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造走線方向控制規(guī)則：相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾。如圖5-17所示。 圖圖5-17印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造走線開環(huán)檢查規(guī)則：一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線主要是為了避免產(chǎn)生“天線效應”，減少不必要的干擾輻射和接收，如圖5-18。圖圖5-18印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造走線閉環(huán)檢查規(guī)則：防止信號線在不

11、同層間形成自環(huán)，如圖5-19。圖圖5-19印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造倒角規(guī)則 ：防止信號線在不同層間形成自環(huán)，如圖5-20。 圖圖5-20印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造走線長度控制規(guī)則：即短線規(guī)則，在設計時應使布線長度盡量短，以減少由于走線過長帶來的干擾問題 ，如圖5-21。圖圖5-21印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造集成電路焊盤出線方式a.集成電路走線應從焊盤端面中心位置連接,如圖5-22. b.集成電路走線不允許突出焊盤，如圖5-23. 圖圖5-22圖圖5-23印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造c.集成電路走線應從焊盤端面中心位置連接,

12、如圖5-24. d.相鄰的密間距（小于50mil）表貼焊盤引腳需要連接時，應從焊盤外部連接，不允許在焊盤中間直接連接,如圖5-25. 圖圖5-25圖圖5-24印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.3 雙面雙面PCB設計設計5.3.1 創(chuàng)建創(chuàng)建PCB文件規(guī)劃電路板文件規(guī)劃電路板 1.創(chuàng)建創(chuàng)建PCB文件文件 2.PCB環(huán)境參數(shù)設置環(huán)境參數(shù)設置 執(zhí)行菜單命令Design Board Option菜單即可打開板選項對話框，將捕獲網(wǎng)格設置為25mil，元件網(wǎng)格設置為50mil，網(wǎng)格顯示Grid1設置為1倍的捕獲柵格，Grid2設置為1倍的捕獲柵格，顯示標記Marker設置為Line（在進行布線

13、時，應將其改為Dot）。 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造3.雙面板工作層設置雙面板工作層設置 將鼠標放置在工作區(qū)單擊鍵盤上“L”鍵，彈出板層與顏色設置對話框，然后按照圖5-26設置要顯示的工作層。 圖圖5-26印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造4.電路板外形設置電路板外形設置按照前面的方法繪制電路板外形，如圖5-27所示。 圖5-27 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.3.2 裝載網(wǎng)絡表裝載網(wǎng)絡表5.3.3 數(shù)字鐘數(shù)字鐘PCB布局布局 元件載入PCB板后，就可以根據(jù)元件的布局原則仔細調(diào)整元器件的位置。對于數(shù)字鐘的PCB在布局時要注意以下兩點： 數(shù)碼管作為時

14、間的顯示應放置在電路板的邊緣。集成電路要排列整齊。 1.元件對齊和均勻分布操作元件對齊和均勻分布操作 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖5-28為初步布局的6個數(shù)碼管，高低不一，且間距不等，如果用手動方式使它們均勻排列并對齊花費時間很多。對齊方法： 用鼠標選中6個數(shù)碼管后，將鼠標放在其中一個數(shù)碼管上，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇AlignAlign Vertical Centers后，用鼠標選擇DS4，所有被選中的數(shù)碼管全都與DS4垂直對齊。 5-28印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造再將鼠標放在其中一個數(shù)碼管上，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇AlignDistribute H

15、orizontally，6個數(shù)碼管的間距也保持一致了，如圖5-29所示。 2.元器件鎖定元器件鎖定 元器件布局時，有些關(guān)鍵元件的位置是固定的，為防止因忘記而被移動，這種元器件布局后，通常圖圖5-29印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造將其位置鎖定。具體方法是（以數(shù)碼管DS1為例）：雙擊該DS1的封裝，在彈出的對話框中將“Locked”選項選中，如圖5-30所示。此時DS1就被鎖定了。數(shù)字鐘數(shù)字鐘PCB的參考布局如圖的參考布局如圖5-31所示。所示。圖圖5-30印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-31印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.3.4 數(shù)字鐘數(shù)字鐘PC

16、B布線布線 1.布線前的規(guī)則設置布線前的規(guī)則設置 （1）“Clearance”（安全間距規(guī)則）設置 將此選項設置為0.254mm。（2）“Width”（線寬）設置 “GND”網(wǎng)絡：最大線寬為2.5mm、優(yōu)選線寬為1.5mm，最小線寬為1mm； “5V”網(wǎng)絡：最大線寬設置為2mm，優(yōu)選線寬為1.5mm，最小線寬設置為1mm。 其余信號線：線寬均設置為0.4mm。印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造（3）過孔設置 執(zhí)行菜單命令DesignRules，在彈出的對話框中選擇Routing Via Style選項設置過孔尺寸。如圖5-35所示，單擊OK按鈕完成設置。 圖圖5-35印制電路板的設計

17、與制造印制電路板的設計與制造2.手工布線手工布線 設置好布線規(guī)則后，接下來進行手工布線。雙面板布線時，頂層和底層的布線要盡量做到相互垂直。布線前還應將網(wǎng)格顯示改為點顯示。 在布線過程中，本層布線遇到走不通或需要切換另一層才能連接時，此時就要放置過孔切換到另一層去布線。如圖5-36、5-37和5-38所示。 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造數(shù)字鐘的布線參考如圖5-39和5-40所示。5.3.5 DRC 5.3.6 生成生成Gerber文件文件圖圖5-38 圖圖5-37 圖圖5-36 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-39 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造

18、圖圖5-40 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.4.1 拓展訓練拓展訓練11.項目設計要求項目設計要求圖5-43所示為以ATMEGA16L單片機為核心的控制板。（1）原理圖繪制要求正確使用元器件符號繪制原理圖。每個元器件符號都要有標號和封裝，且標號不能重復。 正確使用網(wǎng)絡標號，不要錯標、漏標。發(fā)光二極管、插座J1J4要排列整齊，高度要一致 5.4 拓展訓練拓展訓練印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-43 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造（2）PCB設計要求印制板尺寸：長：2900mil、寬：2300mil。設計成雙面板并覆銅。隱藏所有元器件參數(shù)標注。元

19、器件封裝排列要整齊緊湊。由于生產(chǎn)加工時所須的夾持邊，所以在印制板邊緣2mm區(qū)域內(nèi)禁止布局。遵照“先大后小，先難后易”的布局原則，即重要的單元電路、核心元器件應當優(yōu)先布局。電源線和地線要盡量寬。印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造2.設計步驟設計步驟新建PCB項目文件，命名為“AVR單片機控制板.PrjPcb”，在項目中新建原理圖文件“AVR單片機控制板.SchDoc”。按表5-1，添加元器件庫、標注元器件參數(shù)。繪制導線，放置電源符號、接地符號和網(wǎng)絡標號。對繪制的原理圖文件進行編譯，然后保存原理圖文件。在項目中新建PCB文件“AVR單片機控制板.PcbDoc”. 印制電路板的設計與制造印

20、制電路板的設計與制造DesignatorCommentFootprintQuantityJP5chargeSIP21JP6NoChargeSIP21P1MHDR2X13MHDR2X131D1, D2, D3, D4, D5, D6414812066CRY111.0592XTAL11J7SIP41J8SIP41C161000uFRB-.2/.41C610212061C2, C4, C71043C11061C8, C915p2印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造J1, J2, J3, J4IDC264J5IDC141POWER1LED1R410k12061R21k1R3, R53K2R14

21、.7k1U1ATMEGA16LDIP401J6JTAGIDC-101印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造5.4.2 拓展訓練拓展訓練21.項目設計要求項目設計要求圖5-47所示為以糾錯控制電路。（1）原理圖繪制要求正確使用元器件符號繪制原理圖。每個元器件符號都要有標號和封裝，且標號不能重復。其中，AT89C52、MAX232、LCD12864、DAC0832等元器件的符號需要自己制作，或者更改庫中提供的類似元器件。正確使用網(wǎng)絡標號，不要錯標、漏標。按模塊繪制各部分電路，并用直線分開。 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造對元器件進行手動布局。插座應放置在印制板的邊緣，晶振CRY

22、1和電容C1、C2應放置U1的12和13腳附件。將電源和地線都設置成60mil，其余導線設置成10mil；過孔的直徑設置為35mil，孔徑設置為20mil，用手工方式進行布線。布線結(jié)束后，需要對電路板覆銅。布線參考如圖5-45和5-46所示。 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-45 圖圖5-46 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造圖圖5-47 印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造（2）PCB設計要求印制板尺寸：長：4960mil、寬：3780mil。設計成雙面板。隱藏所有元器件參數(shù)標注。元器件封裝排列要整齊緊湊。2.設計步驟設計步驟新建PCB項目文件，命名為

23、“糾偏控制.PrjPcb”，在項目中新建原理圖文件“糾偏控制.SchDoc”。印制電路板的設計與制造印制電路板的設計與制造DesignatorCommentFootprintLibrary NameQuantity備注備注BZQ1, BZQ2, BZQ3, VOUT12864VR53元件符號和元件符號和封裝自封裝自制制C1, C230pFCAP0.3Miscellaneous Devices.IntLib2封裝自制封裝自制C3, C947uFCAP1封裝自制封裝自制C4, C5, C6, C7, C8, C10, C11, C12, C13, C14, C15104CAP0.311封裝自制封裝

24、自制DB9DSUB1.385-2H9Miscellaneous Connectors.IntLib1J1PWR2.5KLD-02021K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9, K10, K11, K12, K13, K14, K15, K16, RESETSW-PBKEYMiscellaneous Devices.IntLib17封裝自制封裝自制LCD12864HDR1X201元件符號自元件符號自制制LED1,LED2LED3,LED4LED0LED-XALMiscellaneous Devices.IntLib4封裝自制封裝自制P1Header 9HDR1X9Miscellaneous Connectors.IntLib 1P2, P3Header 3HDR1X32