U盤CB板設(shè)計(jì)專題培訓(xùn)

第11講U盤PCB板設(shè)計(jì)本講學(xué)習(xí)目標(biāo)本講以制作U盤PCB板為例，介紹SMT多層板的制作技巧和編輯修改方法，以達(dá)到以下學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解多層板的含義，掌握多層板的創(chuàng)建方法。理解內(nèi)電層的含義，內(nèi)電層的屬性設(shè)置和分割方法掌握常用SMT元件的引腳封裝。掌握SMT元件引腳封裝的制作方法。掌握手工修改導(dǎo)線的常用方法。11.1確定和添加元件封裝

因?yàn)閁盤體積非常小巧，電路板面積很小，所以電路板中的元件絕大部分采用SMD元件，以節(jié)省電路板面積。根據(jù)前面章節(jié)的介紹，并結(jié)合元件的實(shí)際外形和管腳排列情況，而且部分元件還參考了元件供應(yīng)商提供的技術(shù)和封裝參數(shù)，確定合適的元件封裝如表所示。數(shù)碼搶答器元件封裝表

元件類型元件封裝封裝庫(kù)電阻RC1005-0402MiscellaneousDevices.IntLib無極性電容CC1005-0402發(fā)光二極管DSO-F2/D6.1有極性電容CC1608-0603ChipCapacitor-2Contacts.PcbLibU1（AT1201）SO-G5/Z3.6SOT23-5and6Leads.PcbLibU2（IC1114）F-QFP7X7-G48/X.3NFQFP(0.5mmPitch,Square)-CornerIndex.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TSSO12X20-G48/P.5TSOP(0.5mmPitch).PcbLibUSB接口J1USB自制封裝庫(kù)UPAN.PcbLib寫保護(hù)開關(guān)SW1ZZSW晶體振蕩器Y1XTAL21.確定AT1201的封裝

2.確定IC1114的封裝

3.確定存儲(chǔ)器K9F0BDUDB的封裝

存儲(chǔ)器U3的封裝TSSO12X20-G48/P.511.1.2自制元件封裝

USB接口J1的外形和引腳封裝

寫保護(hù)開關(guān)SW1的外形和引腳封裝

晶體振蕩器Y1的外形和封裝

11.1.3添添加元元件引腳腳封裝U盤所需需的封裝裝庫(kù)2.利利用全局局修改為為各類元元件添加加封裝由于U盤盤元件很很多，而而且大部部分元件件的封裝裝都采用用貼片封封裝形式式，而不不是采用用原原理理圖元件件中的默默認(rèn)封裝裝，所以以如果采采用逐個(gè)個(gè)修改的的方法，，工作量量將會(huì)很很大，可可以采取取全局修修改的方方法。下下面以全全局修改改電阻的的封裝為為例。全局修改改電阻的的封裝（1）將將光標(biāo)移移到U盤盤原理圖圖中的任任意一個(gè)個(gè)電阻上上，單擊擊鼠標(biāo)右右鍵，在在彈出的的對(duì)話框框中選菜菜單，，彈出如如圖所示示的查找找相似對(duì)對(duì)象對(duì)話話框，在在【Resistor】項(xiàng)后后選擇【【Same】，，表示將將選中圖圖紙中所所有的電電阻。查找所有有電阻修改電阻阻封裝可以看到到圖紙中中所有電電阻均處處于選中中狀態(tài)，，此時(shí)點(diǎn)點(diǎn)擊工作作區(qū)右下下方的【【Inspect】按按鈕，彈彈出如圖圖所示的的Inspect面板板，將【【CurrentFootprint】】欄修改改為“C1005－0402”，按按回車鍵鍵確認(rèn)輸輸入。11.2新建建PCB文件并并繪制電電路板邊邊框根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)的要求求和U盤盤外殼的的限制，，確定電電路的長(zhǎng)長(zhǎng)、高尺尺寸。經(jīng)經(jīng)過分析析，確定定本電路路板長(zhǎng)、、高參考考尺寸為為：45×15mm，，并且受受外殼固固定柱的的限制，，中間有有一個(gè)半半徑為1mm的的半圓形形的缺口口，便于于該電路路板固定定于U盤盤外殼中中，如圖圖所示。。11.2.1利利用向向?qū)е谱髯鱑盤PCB板板單擊【File】標(biāo)簽，將將出現(xiàn)文文件操作作欄，選選擇【PCBBoardWizards……】，將出現(xiàn)現(xiàn)如圖所所示的PCB板板向?qū)g歡迎界面面。尺寸單位位選擇對(duì)對(duì)話框PCB板板類型選選擇對(duì)話話框PCB板板用戶自自定義對(duì)對(duì)話框自動(dòng)完成成單位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換適當(dāng)減小小禁止布布線框離離電路板板邊框的的距離信號(hào)層、、內(nèi)電源源層選擇擇對(duì)話框框過孔類型型選擇對(duì)對(duì)話框元件類型型選擇對(duì)對(duì)話框?qū)Ь€、過過孔、安安全間距距設(shè)置對(duì)對(duì)話框PCB板板向?qū)晖瓿蓪?duì)話話框PCB板板向?qū)晖瓿傻碾婋娐钒逍薷某叽绱鐦?biāo)注顯顯示單位位修改后的的尺寸標(biāo)標(biāo)注11.2.2手手工修修改PCB板輪輪廓11.3.1載載入元元件引腳腳封裝11.3.2設(shè)設(shè)置內(nèi)內(nèi)電層的的網(wǎng)絡(luò)屬屬性1.如如圖所示示，執(zhí)行行【Design】/【【LayerStackManager…】】，彈出如如下頁(yè)圖圖所示的的層堆棧棧管理器器對(duì)話框框。層堆棧管管理器對(duì)對(duì)話框修改內(nèi)電電層1的的網(wǎng)絡(luò)屬屬性雙擊層堆堆棧管理理器對(duì)話話框中的的【InternalPlane1】】層，，彈彈出出如如圖圖所所示示的的層層屬屬性性對(duì)對(duì)話話框框，，在在【Netname】】下拉拉列列表表框框中中選選““VCC””，，將將該該層層作作為為電電源源VCC內(nèi)內(nèi)電電層層。。設(shè)置置好好網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)屬屬性性的的內(nèi)內(nèi)電電層層11.4多多層層板板元元件件布布局局調(diào)調(diào)整整元件件載載入入PCB板板后后，，就就可可以以根根據(jù)據(jù)元元件件的的布布局局規(guī)規(guī)律律進(jìn)進(jìn)行行布布局局，，由由于于U盤盤電電路路板板面面積積小小元元件件多多，，元元件件密密度度很很高高，，所所以以在在布布局局前前，，必必須須仔仔細(xì)細(xì)規(guī)規(guī)劃劃好好元元件件的的布布局局方方案案，，U盤盤布布局局是是否否合合理理是是整整個(gè)個(gè)項(xiàng)項(xiàng)目目的的關(guān)關(guān)鍵鍵，，它它關(guān)關(guān)系系到到U盤盤電電路路板板布布線線是是否否成成功功以以及及整整個(gè)個(gè)電電路路的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，因因?yàn)闉楸颈卷?xiàng)項(xiàng)目目采采用用四四層層板板，，布布線線已已經(jīng)經(jīng)不不是是我我們們關(guān)關(guān)注注的的首首要要問問題題。。11.4.1確確定定布布局局方方案案在高高密密度度電電路路板板中中，，是是否否需需要要雙雙面面放放置置元元件件是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)者者首首先先要要考考慮慮的的問問題題。。一一般般情情況況下下，，如如果果在在頂頂層層能能夠夠完完成成元元件件的的布布局局，，盡盡量量不不要要將將元元件件放放置置在在底底層層，，因因?yàn)闉橐灰环椒矫婷鏁?huì)會(huì)提提高高電電路路板板的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)難難度度和和成成本本，，另另一一方方面面也也會(huì)會(huì)增增加加元元件件裝裝配配的的工工序序和和難難度度。。但但對(duì)對(duì)于于U盤盤電電路路板板而而言言，，如如果果直直接接將將元元件件放放置置在在頂頂層層，，由由于于電電路路板板太太小小，，部部分分元元件件連連放放置置的的位位置置都都沒沒有有，，所所以以必必須須采采取取雙雙面面放放置置元元件件的的辦辦法法。。仔仔細(xì)細(xì)分分析析原原理理圖圖可可以以知知道道，，U盤盤主主要要由由以以U2（（IC1114））為為核核心心的的控控制制器器電電路路和和以以U3（（K9F0BDUDB））組組成成。。所所以以可可以以考考慮慮將將二二部部分分電電路路分分別別放放置置在在頂頂層層和和底底層層，，具具體體將將U3（（K9F0BDUDB））為為核核心心的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器電電路路放放置置在在頂頂層層元元件件面面，，而而將將U2（（IC1114））為為核核心心的的控控制制器器電電路路放放置置在在底底層層的的焊焊接接面面。。11.4.2設(shè)設(shè)置置布局局參數(shù)數(shù)1.修修改改圖紙紙參數(shù)數(shù)執(zhí)行菜菜單命命令【Design】/【Options…】】，將彈彈出如如圖所所示的的PCB圖圖紙選選項(xiàng)，，將光光標(biāo)移移動(dòng)?xùn)艝鸥瘛維napGrid】】和元件件柵格格【ComponentGrid】均修改改為5mil，，并將將電氣氣柵格格【ElectricalGrid】】修改為為5mil。修改PCB圖紙紙參數(shù)數(shù)2.修修改改元件件安全全間距距由于電電路板板面積積太小小，元元件的的安全全間距距可以以設(shè)置置得更更小一一些，，從而而使元元件可可以排排列得得更緊緊密一一些，，如可可以將將其修修改到到步距距5mil以下下，。。執(zhí)行菜菜單命命令【Design】/【Rules…】】，彈出出PCB板板規(guī)則則對(duì)話話框，，雙擊擊【Placement】】選項(xiàng)，，再雙雙擊【ComponentClearance】】選項(xiàng)后后，選選中【ComponentClearance】】選項(xiàng)，，如圖圖所示示，在在右邊邊的規(guī)規(guī)則欄欄中將將【Gap】】欄修改改為3mil。。修改元元件安安全間間距11.4.3具具體體布局局根據(jù)布布局原原則，，先確確定相相對(duì)于于元件件外殼殼，插插孔位位置等等有定定位元元件的的位置置。本本項(xiàng)目目中有有定位位要求求的元元件有有二個(gè)個(gè)，一一個(gè)是是寫保保護(hù)開開關(guān)SW1，它它必須須與外外殼的的寫保保護(hù)開開關(guān)孔孔對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)，并并且開開關(guān)的的撥動(dòng)動(dòng)手柄柄必須須向外外。另另一個(gè)個(gè)為發(fā)發(fā)光二二極管管LED1，它它必須須與外外殼的的小孔孔對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)。（1））確定定寫保保護(hù)開開關(guān)SW1的位位置，，測(cè)量外外殼寫寫保護(hù)護(hù)開關(guān)關(guān)孔的的尺寸寸，確確定SW1的第第2焊焊盤的的定位位尺寸寸如圖圖所示示。（2））將開開關(guān)SW1的第第2焊焊盤放放置到到指定定位置置（3））鎖定定SW1的的位置置鎖定元元件放置發(fā)發(fā)光二二極管管LED1的位位置2.修修改改元件件標(biāo)注注的尺尺寸大大小從圖中中可以以看到到，元元件標(biāo)標(biāo)注的的尺寸寸太大大，占占了太太多的的面積積，必必須修修改元元件標(biāo)標(biāo)注的的尺寸寸大小小。（1））將光光標(biāo)移移到標(biāo)標(biāo)注LED1上上，單單擊鼠鼠標(biāo)右右鍵，，在彈彈出的的對(duì)話話框中中選菜菜單，，彈出出所示示的查查找相相似對(duì)對(duì)象對(duì)對(duì)話框框，在在【Designator】項(xiàng)后選選擇【Same】，表示示將選選中圖圖紙中中所有有的元元件編編號(hào)。。(3)此此時(shí)時(shí)點(diǎn)點(diǎn)擊擊工工作作區(qū)區(qū)右右下下方方的的【Inspect】】按鈕鈕，，彈彈出出如如圖圖所所示示的的Inspect面面板板，，將將【TextHeigh】】字符符高高度度欄欄修修改改為為原原來來的的一一半半，，即即““30mil””，，將將【TextWidth】文字線條寬寬度修改為為“5mil”，按按回車鍵確確認(rèn)輸入。。3.確定定頂層核心心元件的位位置4.確定定電源模塊塊的布局依據(jù)下圖所所示的電源源原理圖，，確定電源源部分的布布局關(guān)系如如下頁(yè)圖所所示。同時(shí)時(shí)也將寫保保護(hù)電路的的電阻R24放置在在SW1的的右邊，將將LED1的限流電電阻R11和電容C25也一一并放置到到圖紙中。。4.確定定電源模塊塊的布局5.確定定底層元件件的布局顯示底層絲絲印層（2）放置置底層關(guān)鍵鍵元件U2先在頂層放放置好元件件U2將元件U2翻轉(zhuǎn)到底底層焊錫面面放置底層其其它元件11.5.1內(nèi)電電層分割多層板與雙雙面板不同同的地方在在于多了內(nèi)內(nèi)電層，內(nèi)內(nèi)電層一般般用于接地地和接電源源，使PCB板中大大量的接地地或接電源源引腳不必必再在頂層層或底層走走線，而可可以直接（（直插式元元件）或就就近通過過過孔(貼片片元件)接接到內(nèi)電層層，極大地地減少了頂頂層和底層層的布線密密度，有利利于其它網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的布線線。但有時(shí)一個(gè)個(gè)系統(tǒng)中可可能存在多多個(gè)電源和和地，如常常見的+5V、+12V、-12V、、-5V等等電源，而而接地網(wǎng)絡(luò)絡(luò)也有電源源地，信號(hào)號(hào)地，模擬擬地、數(shù)字字地之分，，如果再采采用一個(gè)電電源或接地地網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)應(yīng)一個(gè)內(nèi)電電層的方法法，勢(shì)必導(dǎo)導(dǎo)致內(nèi)電層層的數(shù)目太太多，電路路板的制作作成本成倍倍增加。此此時(shí)可以采采取內(nèi)電層層分割的辦辦法，將一一個(gè)內(nèi)電層層分割為幾幾個(gè)部分，，將某個(gè)電電源或接地地網(wǎng)絡(luò)引腳腳比較密集集的區(qū)域劃劃分給該網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，而將將另一個(gè)區(qū)區(qū)域劃分給給其它電源源或接地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。1.將當(dāng)當(dāng)前層轉(zhuǎn)換換為內(nèi)電層層1【InternalPlane1】。2.隱藏藏其它無關(guān)關(guān)層。由前面的布布局可知，，與VUSB網(wǎng)絡(luò)連連接的元件件全部位于于頂層，為為了更好的的進(jìn)行區(qū)域域劃分，可可以將底層層信號(hào)層和和底層絲印印層全部關(guān)關(guān)閉，使底底層元件暫暫時(shí)不顯示示，并將圖圖紙放大并并顯示與VUSB網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接的的焊盤區(qū)域域。3.分割割內(nèi)電層。。選擇畫直線線工具，沿沿著包含VUSB焊焊盤的區(qū)域域畫出一個(gè)個(gè)封閉區(qū)域域，如圖所所示。4.修改改分割后的的內(nèi)電層網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)屬性。。雙擊封閉區(qū)區(qū)域中被分分割出來的的內(nèi)電層，，彈出如圖圖所示的內(nèi)內(nèi)電層屬性性對(duì)話框，，將其連接接到【VUSB】網(wǎng)絡(luò)。11.5.2USB連接插插頭J1焊焊盤屬性修修改USB連接接插頭J1連接固定定支架的0號(hào)焊盤，，由于原理理圖中沒有有引腳與其其對(duì)應(yīng)，一一般希望其其接地，以以提高電路路的抗干擾擾能力，所所以必須將將J1的二二個(gè)0號(hào)焊焊盤屬性修修改為“GND”，，以便自動(dòng)動(dòng)布線時(shí)自自動(dòng)與內(nèi)電電層GND相連。如如圖所示。。§11.6多層板板自動(dòng)布線線11.6.1設(shè)置置多層板布布線參數(shù)執(zhí)行【Design】/【Rules】菜單命令，，設(shè)置各項(xiàng)項(xiàng)參數(shù)。其其中最關(guān)鍵鍵的參數(shù)有有安全間距距【Clearance】，布線層面面【RoutingLayers】和導(dǎo)線寬度度【W(wǎng)idthConstraint】，其它參數(shù)數(shù)采用默認(rèn)認(rèn)值即可。。1.設(shè)置置安全間距距安全間距指指不同網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的導(dǎo)線與與焊盤之間間的最小距距離，它的的設(shè)置可以以避免導(dǎo)線線之間以及及導(dǎo)線與焊焊盤之間距距離太小而而短路或大大火，但它它的大小同同時(shí)也決定定了走線的的難度和導(dǎo)導(dǎo)線的布通通率。在U盤中，供供電電壓很很低，我們們主要關(guān)心心的是保證證導(dǎo)線的布布通率，所所以將安全全間距設(shè)置置為4mil，如圖圖所示。設(shè)置安全間間距設(shè)置雙面板板的布線層層導(dǎo)線規(guī)則設(shè)設(shè)置3.設(shè)置置過孔尺寸寸4.設(shè)置SMT焊盤盤拐角距離離11.6.2多層層板自動(dòng)布布線執(zhí)行菜單命命令【AutoRoute】/【All】菜單命令，，將彈出如如圖所示的的自動(dòng)布線線策略選擇擇對(duì)話框?qū)?duì)話框，選選用【ViaMiser】選項(xiàng)，表示示將采用具具有建議性性最小過孔孔限制的多多層板布線線策略進(jìn)行行布線，點(diǎn)點(diǎn)擊【RouteAll】按鈕，PCB板編輯輯器開始自自動(dòng)布線U盤自動(dòng)布布線結(jié)果元件引腳與與內(nèi)電層的的連接方式式直插式元件件引腳直接接與內(nèi)電層層相連貼片元件引引腳通過過過孔與內(nèi)電電層相連11.7手手工工修修改改多多層層板板導(dǎo)導(dǎo)線線和和覆覆銅銅U盤盤PCB板板中中自自動(dòng)動(dòng)布布線線完完成成后后，，有有的的導(dǎo)導(dǎo)線線彎彎曲曲過過多多，，繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)，，必必須須進(jìn)進(jìn)行行修修改改，，修修改改一一般般采采取取先先修修改改繞繞行行彎彎曲曲現(xiàn)現(xiàn)象象比比較較明明顯顯的的長(zhǎng)長(zhǎng)導(dǎo)導(dǎo)線線，，然然后后再再微微調(diào)調(diào)其其它它局局部部需需要要調(diào)調(diào)整整的的短短導(dǎo)導(dǎo)線線。。1.頂頂層層導(dǎo)導(dǎo)線線分分析析利用用前前面面介介紹紹的的方方法法，，暫暫時(shí)時(shí)將將底底層層信信號(hào)號(hào)層層和和絲絲印印層層，，以以及及頂頂層層絲絲印印層層隱隱藏藏起起來來，，使使工工作作區(qū)區(qū)主主要要顯顯示示頂頂層層導(dǎo)導(dǎo)線線，，如如圖圖所所示示，，可可以以明明顯顯的的看看到到有有一一處處導(dǎo)導(dǎo)線線繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)。。該導(dǎo)導(dǎo)線線繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)2.分分析析底底層層導(dǎo)導(dǎo)線線將頂頂層層信信號(hào)號(hào)層層和和絲絲印印層層，，以以及及底底層層絲絲印印層層隱隱藏藏起起來來，，使使工工作作區(qū)區(qū)主主要要顯顯示示底底層層導(dǎo)導(dǎo)線線，，如如圖圖11.65所所示示，，也也可可以以明明顯顯的的看看到到有有一一處處導(dǎo)導(dǎo)線線繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)。。該導(dǎo)導(dǎo)線線繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)11.7.2修修改改底底層層導(dǎo)導(dǎo)線線由于于導(dǎo)導(dǎo)線線修修改改時(shí)時(shí)必必須須綜綜合合考考慮慮到到二二個(gè)個(gè)信信號(hào)號(hào)層層導(dǎo)導(dǎo)線線的的走走線線情情況況，，所所以以將將底底層層和和頂頂層層信信號(hào)號(hào)層層均均顯顯示示，，而而將將底底層層和和頂頂層層絲絲印印層層全全隱隱藏藏。。1.撤撤銷銷原原導(dǎo)導(dǎo)線線先執(zhí)執(zhí)行行菜菜單單命命令令【Tools】】/【【Un-Route】】/【【Connection】】，出出現(xiàn)現(xiàn)十十字字光光標(biāo)標(biāo)，，對(duì)對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)要要撤撤銷銷的的導(dǎo)導(dǎo)線線，，點(diǎn)點(diǎn)擊擊鼠鼠標(biāo)標(biāo)左左鍵鍵即即可可撤撤銷銷原原導(dǎo)導(dǎo)線線，，如如圖圖所所示示。。撤銷銷導(dǎo)導(dǎo)線線后后留留下下的的飛飛線線2.規(guī)規(guī)劃劃新新導(dǎo)導(dǎo)線線的的路路徑徑，，并并對(duì)對(duì)其其它它導(dǎo)導(dǎo)線線作作必必要要的的修修改改先修修改改底底層層要要修修改改的的導(dǎo)導(dǎo)線線，，該該導(dǎo)導(dǎo)線線之之所所以以繞繞行行過過遠(yuǎn)遠(yuǎn)，，是是因因?yàn)闉榈椎讓訉又兄杏杏袑?dǎo)導(dǎo)線線擋擋住住了了其其連連通通的的路路徑徑，，必必須須將將其其調(diào)調(diào)整整，，如如圖圖所所示示。。需調(diào)整整的過過孔需調(diào)整整的導(dǎo)導(dǎo)線調(diào)整過過孔的的位置置調(diào)整好好位置置的過過孔調(diào)整導(dǎo)導(dǎo)線的的位置置調(diào)整好好位置置的導(dǎo)導(dǎo)線3.繪繪制制新導(dǎo)導(dǎo)線，，并添添加必必要的的過孔孔繪制底底層導(dǎo)導(dǎo)線添加的的過孔孔繪制頂頂層導(dǎo)導(dǎo)線繪制頂頂層導(dǎo)導(dǎo)線修改頂頂層導(dǎo)導(dǎo)線新繪制制的導(dǎo)導(dǎo)線修改過過的導(dǎo)導(dǎo)線修改過過的二二條導(dǎo)導(dǎo)線11.7.4連連接接未布布通的的導(dǎo)線線，并并微調(diào)調(diào)其它它短導(dǎo)導(dǎo)線需要微微調(diào)的的導(dǎo)線線未連接接到內(nèi)內(nèi)電層層的焊焊盤1.將將貼貼片元元件引引腳連連接到到內(nèi)電電層(a)放放置過過孔(1））放置置過孔孔。貼貼片元元件引引腳必必須通通過過過孔才才能連連接到到內(nèi)電電層，，所以以必須須在引引腳附附近添添加過過孔，，利用用放置置工具具中的的過孔孔工具具，在在合適適位置置放置置一個(gè)個(gè)過孔孔，如如圖所所示。。（2））修改改過孔孔屬性性。要使過過孔能能連接接到VCC網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，并并且使使過孔孔和內(nèi)內(nèi)電層層VCC相相連，，必須須修改改過孔孔的屬屬性，，如下下圖所所示，，根