Protel DXP 2004 SP2印制電路板設(shè)計(jì)教程 課件 項(xiàng)目9 雙面貼片PCB-USB轉(zhuǎn)串口連接器

制作團(tuán)隊(duì)：郭勇、陳開(kāi)洪、吳榮海項(xiàng)目9雙面貼片PCB—USB轉(zhuǎn)串口連接器主要內(nèi)容任務(wù)9.1了解USB轉(zhuǎn)串口連接器產(chǎn)品及設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備任務(wù)9.2PCB雙面布局任務(wù)9.3PCB布線任務(wù)9.4淚珠滴使用與接地覆銅設(shè)置任務(wù)9.5設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）任務(wù)9.5印制板圖輸出技能實(shí)訓(xùn)11元器件雙面貼放PCB設(shè)計(jì)項(xiàng)目9雙面貼片PCB—USB轉(zhuǎn)串口連接器9.1.1產(chǎn)品介紹

USB轉(zhuǎn)串口連接器用于MCU與PC機(jī)進(jìn)行通信，采用專(zhuān)用接口轉(zhuǎn)換芯片PL-2303HX，該芯片提供一個(gè)RS-232全雙工異步串行通信裝置與USB接口進(jìn)行聯(lián)接。

USB轉(zhuǎn)串口連接器頂層USB轉(zhuǎn)串口連接器底層任務(wù)9.1了解USB轉(zhuǎn)串口連接器產(chǎn)品及設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備電路原理圖串行數(shù)據(jù)接口USB數(shù)據(jù)接口指示燈用戶(hù)板供電接口轉(zhuǎn)換芯片及其電路晶振電路濾波電容串行EEPROM時(shí)鐘、數(shù)據(jù)9.1.2設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備原理圖元器件PL2303HX

1.原理圖元器件與元器件封裝設(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換芯片PL2303HX元器件和封裝需自行設(shè)計(jì)，元器件名為PL2303HX，封裝名為SSOP28。元器件封裝SSOP28

2.元器件封裝設(shè)計(jì)

1）12M晶振的封裝，封裝名XTAL12M。焊盤(pán)中心間距200mil，焊盤(pán)尺寸60mil，圓弧半徑60mil。3D模型執(zhí)行菜單“放置”→“3D元件體”直接生成。實(shí)物封裝封裝3D模型實(shí)物

2）沉板式貼片USB接口的封裝，封裝名為USB。其外框尺寸16mm×12mm；貼片焊盤(pán)X為2.5mm、Y為1.2mm、層為T(mén)opLayer；通孔式焊盤(pán)X為3.8mm、Y為3mm、孔徑為2.3mm；定位孔采用焊盤(pán)方式設(shè)計(jì)，X為1mm、Y為1mm、孔徑為1mm；貼片焊盤(pán)1邊上打上小圓點(diǎn)，用于指示其為焊盤(pán)1，焊盤(pán)1、2及焊盤(pán)3、4中心間距2.5mm，焊盤(pán)2、3中心間距2mm；通孔焊盤(pán)5、6中心間距12mm；定位孔中心間距4mm。封裝4個(gè)貼片引腳2個(gè)外殼屏蔽固定腳2個(gè)突起用于固定3.原理圖設(shè)計(jì)USB轉(zhuǎn)串口連接器元器件參數(shù)表多數(shù)元器件來(lái)自系統(tǒng)自帶的元件庫(kù)，要設(shè)置好元器件封裝。元器件類(lèi)別元器件標(biāo)號(hào)庫(kù)元器件名元器件所在庫(kù)元器件封裝貼片電解電容C5CapPol2MiscellaneousDevices.IntLibCC3216-1206貼片電容C1-C4、C6CapMiscellaneousDevices.IntLibCC1608-0603貼片電阻R1-R8Res2MiscellaneousDevices.IntLibCR1608-0603貼片發(fā)光二極管VD1-VD3LED2MiscellaneousDevices.IntLibSMD_LED晶振X1XTALMiscellaneousDevices.IntLibXTAL12M（自制）集成塊U1PL2303HX自制SSOP283腳排針跳線J1Header3MiscellaneousConnectors.IntLibHDR1X34腳排針跳線P1Header4MiscellaneousConnectors.IntLibHDR1X4USB接口USB1-1470156-1AMPSerialBusUSB.IntLibUSB（自制）9.1.3設(shè)計(jì)PCB時(shí)考慮的因素矩形雙面板尺寸48mm×17mm焊盤(pán)作為螺絲孔直徑3.5mm，孔徑2mm網(wǎng)絡(luò)為GND串口連接接口USB接口芯片置于中央晶振靠近IC引腳電源跳線置于邊緣發(fā)光二極管置于頂層去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片電源引腳頂層和底層都鋪設(shè)接地覆銅便于使用，文字說(shuō)明底層發(fā)熱小的元件9.2.1從原理圖加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝到PCB

1.規(guī)劃PCB

在KeepoutLayer上定義PCB的電氣輪廓，尺寸為48mm×17mm；在板的右側(cè)距板的短邊10mm、長(zhǎng)邊3mm處上下放置2個(gè)直徑3.5mm，孔徑2mm的焊盤(pán)作為螺絲孔。任務(wù)9.2PCB雙面布局

2.從原理圖加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件到PCB

打開(kāi)設(shè)計(jì)好的原理圖文件“USB轉(zhuǎn)串口連接器.SchDoc”，執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“UpdatePCBDocumentUSB轉(zhuǎn)串口連接器.PcbDoc”，加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝。將Room空間移動(dòng)到電氣邊框內(nèi)，執(zhí)行菜單“工具”→“放置元件”→“按照Room排列”，移動(dòng)光標(biāo)至Room空間內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，元器件將自動(dòng)按類(lèi)型排列在Room空間內(nèi)，單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束操作。9.2.2PCB雙面布局1.底層元器件設(shè)置選中，雙擊修改層

2.設(shè)置底層絲網(wǎng)的顯示狀態(tài)

執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“PCB板層次顏色”命令。選中

3.設(shè)置PCB板形狀

選中板上的所有圖件，執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“PCB板形狀”→“重定義PCB板形狀”設(shè)置48mm×17mm的長(zhǎng)方形PCB板。

4.元器件布局參考前述的設(shè)計(jì)前考慮的因素進(jìn)行手工布局，通過(guò)移動(dòng)元器件、旋轉(zhuǎn)元器件等方法合理調(diào)整元器件的位置，減少網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉。

5.3D顯示布局視圖

布局調(diào)整結(jié)束后，執(zhí)行菜單“查看”→“顯示三維PCB板”，顯示元器件布局的3D視圖，觀察元器件布局是否合理。頂層3D視圖底層3D視圖9.3.1有關(guān)SMD元器件的布線規(guī)則設(shè)置

對(duì)于SMD元器件布線，除了要進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)規(guī)則和布線設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置外，一般還需進(jìn)行有關(guān)SMD元器件的布線規(guī)則設(shè)置。

執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“規(guī)則”，屏幕彈出“PCB規(guī)則及約束編輯器”對(duì)話框，在其左邊的樹(shù)形列表中列出了PCB規(guī)則和約束的構(gòu)成和分支。

任務(wù)9.3PCB布線扇出式布線規(guī)則5個(gè)子規(guī)則，一般選用默認(rèn)SMT元器件布線設(shè)計(jì)規(guī)則

1.FanoutControl（扇出式布線規(guī)則）

扇出式布線規(guī)則是針對(duì)元器件在布線時(shí)從焊盤(pán)引出連線通過(guò)過(guò)孔到其它層的約束。從布線的角度看，扇出就是把元器件的焊盤(pán)通過(guò)導(dǎo)線引出來(lái)并加上過(guò)孔，使其可以在其它層面上繼續(xù)布線。

2.SMT元器件布線設(shè)計(jì)規(guī)則

SMT元器件布線設(shè)計(jì)規(guī)則是針對(duì)貼片元器件布線設(shè)置的規(guī)則，主要包括3個(gè)子規(guī)則可以設(shè)置SMT子規(guī)則，系統(tǒng)默認(rèn)為未設(shè)置該類(lèi)規(guī)則。1)SMDToCorner（SMD焊盤(pán)與拐角處最小間距限制規(guī)則）用于設(shè)置SMD焊盤(pán)與導(dǎo)線拐角的最小間距大小。設(shè)置SMD焊盤(pán)到導(dǎo)線拐角的最小間距2)SMDToPlane（SMD焊盤(pán)與電源層過(guò)孔間的最小長(zhǎng)度規(guī)則）用于設(shè)置SMD焊盤(pán)與電源層中過(guò)孔間的最短布線長(zhǎng)度。

3)SMDNeck-DownConstraint（SMD焊盤(pán)與導(dǎo)線的比例規(guī)則）用于設(shè)置SMD焊盤(pán)在連接導(dǎo)線處的焊盤(pán)寬度與導(dǎo)線寬度的比例，可定義一個(gè)百分比。設(shè)置最短布線長(zhǎng)度9.3.2PCB布線

1.布線規(guī)則設(shè)置

執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“規(guī)則”，屏幕彈出“PCB規(guī)則及約束編輯器”對(duì)話框，進(jìn)行布線規(guī)則設(shè)置，具體內(nèi)容如下。

安全間距規(guī)則設(shè)置：全部對(duì)象為0.254mm；短路約束規(guī)則：不允許短路；布線轉(zhuǎn)角規(guī)則：45°；導(dǎo)線寬度限制規(guī)則：共設(shè)置4個(gè)，VCC、VCC5、VCC3.3網(wǎng)絡(luò)均為0.381mm，全板0.254mm，優(yōu)先級(jí)依次減小；布線層規(guī)則：選中BottomLayer和TopLayer進(jìn)行雙面布線；過(guò)孔類(lèi)型規(guī)則：過(guò)孔尺寸0.9mm，過(guò)孔直徑0.6mm；其它規(guī)則選擇默認(rèn)。

2.對(duì)除GND以外的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手工布線

執(zhí)行菜單“放置”→“交互式布線”進(jìn)行交互式布線，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)飛線進(jìn)行連線，線路連通后，該線上的飛線將消失。

在布線時(shí)，如果連線無(wú)法準(zhǔn)確連接到對(duì)應(yīng)焊盤(pán)上，可減少網(wǎng)格尺寸，并可微調(diào)元器件位置。

布線過(guò)程中單擊小鍵盤(pán)上的<*>鍵可以自動(dòng)放置過(guò)孔，并切換工作層?！癎ND”網(wǎng)絡(luò)未連接

3.設(shè)置說(shuō)明文字

為了便于USB轉(zhuǎn)串口連接器對(duì)外連接，對(duì)關(guān)鍵的部位放置說(shuō)明文字，放置的方法為在頂層絲網(wǎng)層放置字符串。串口連接端P1的引腳發(fā)光二極管設(shè)置說(shuō)明電源跳線1.淚珠滴使用所謂淚珠滴，就是在印制導(dǎo)線與焊盤(pán)或過(guò)孔相連時(shí)，為了增強(qiáng)連接的牢固性，在連接處逐漸加大印制導(dǎo)線寬度。采用淚珠滴后，印制導(dǎo)線在接近焊盤(pán)或過(guò)孔時(shí)，線寬逐漸放大，形狀就象一個(gè)淚珠。

任務(wù)9.4淚珠滴使用與接地覆銅設(shè)置淚滴效果

執(zhí)行菜單“工具”→“淚滴焊盤(pán)”命令，彈出“淚滴選項(xiàng)”對(duì)話框。選中行為選中對(duì)象選中淚滴方式本例中選中“全部焊盤(pán)”和“全部過(guò)孔”復(fù)選框，選中“追加”和“導(dǎo)線”，參數(shù)設(shè)置完畢單擊“確認(rèn)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)添加淚珠滴。

2.接地覆銅設(shè)置

放置接地覆銅即可實(shí)現(xiàn)就近接地，也可提高抗擾能力。本例中進(jìn)行雙面接地覆銅，在放置覆銅前，將兩個(gè)螺絲孔焊盤(pán)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為GND。由于安全間距的原因，可能出現(xiàn)個(gè)別引腳無(wú)法接地的問(wèn)題，可微調(diào)元器件位置和連線，或觀察兩面接地覆銅的位置，通過(guò)過(guò)孔連接兩層的接地覆銅以完成連線。

執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“規(guī)則”，設(shè)置覆銅與焊盤(pán)之間的連接采用直接連接方式。

執(zhí)行菜單“放置”→“覆銅”，系統(tǒng)彈出“覆銅參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框，設(shè)置連接網(wǎng)絡(luò)為“GND”。頂層覆銅PCB底層覆銅PCB

PCB布線工作結(jié)束后，用戶(hù)可以使用設(shè)計(jì)規(guī)則檢查功能（DRC）對(duì)布好線的PCB進(jìn)行檢查，確定布線是否正確、是否符合設(shè)定的規(guī)則要求，這也是PCB設(shè)計(jì)正確性和完整性的重要保證。

運(yùn)行DRC檢查時(shí)，并不需要檢查所有的規(guī)則設(shè)置，只需檢查用戶(hù)需要比對(duì)的規(guī)則即可。常規(guī)的檢查包括間距、開(kāi)路及短路等電氣性能檢查，布線規(guī)則檢查等。

執(zhí)行菜單“工具”→“設(shè)計(jì)規(guī)則檢查”，屏幕彈出“設(shè)計(jì)規(guī)則檢查器”對(duì)話框。任務(wù)9.5設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）報(bào)告內(nèi)容設(shè)置設(shè)置的內(nèi)容勾選即選中

在線：系統(tǒng)將進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，設(shè)計(jì)中一旦發(fā)現(xiàn)違規(guī)將高亮度顯示違規(guī)內(nèi)容。

批處理：只有手工執(zhí)行DRC時(shí)，發(fā)現(xiàn)違規(guī)才高亮度顯示違規(guī)內(nèi)容。檢查規(guī)則設(shè)置勾選即選中

規(guī)則設(shè)置完畢，單擊“運(yùn)行DRC”按鈕進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)彈出“Message”窗口，窗口中顯示錯(cuò)誤信息，并在PCB上高亮顯示違規(guī)的對(duì)象，系統(tǒng)同時(shí)打開(kāi)一個(gè)頁(yè)面，顯示規(guī)則信息，用戶(hù)可以根據(jù)違規(guī)信息對(duì)PCB進(jìn)行修改。制作團(tuán)隊(duì)：郭勇、陳開(kāi)洪、吳榮海任務(wù)9.5印制板輸出任務(wù)9.6印制板圖輸出

PCB設(shè)計(jì)完成，一般需要輸出PCB圖，以便進(jìn)行人工檢查和校對(duì)，同時(shí)也可以生成相關(guān)文檔保存。ProtelDXP2004DXP即可打印輸出一張完整的混合PCB圖，也可以將各個(gè)層面單獨(dú)打印輸出用于制板。

1.打印頁(yè)面設(shè)置

執(zhí)行菜單“文件”→“頁(yè)面設(shè)定”命令，彈出“打印頁(yè)面設(shè)置”對(duì)話框。按打印紙大小打印

2.檢查圖輸出單擊上圖中的“高級(jí)…”按鈕，屏幕彈出“PCB打印輸出屬性”對(duì)話框。

圖中系統(tǒng)自動(dòng)形成一個(gè)默認(rèn)的混合圖輸出，包括頂層（TopLayer）、底層（BottomLayer）、頂層絲印層（TopOverlay）、禁止布線層（Keep-OutLayer）及焊盤(pán)層（MultiLayer）等。如果不需要輸出某層，可將該層刪除?；旌蠄D輸出鼠標(biāo)右鍵

在輸出圖紙時(shí)選擇顯示焊盤(pán)和過(guò)孔的孔，“打印輸出選項(xiàng)”中的“孔”下方的復(fù)選框選中即可。

如果制板時(shí)采用人工鉆孔，一般將“孔”設(shè)置為選中狀態(tài)，這樣便于鉆孔時(shí)定位。

勾選即顯示

執(zhí)行菜單“文件”→“打印”可以輸出檢查圖。不顯示孔底層視圖顯示孔頂層視圖

3.單面板制板圖輸出設(shè)置

單面板只需輸出BottomLayer，可通過(guò)建立新打印輸出圖進(jìn)行。

執(zhí)行菜單“文件”→“頁(yè)面設(shè)置”命令，彈出“打印頁(yè)面設(shè)置”對(duì)話框，單擊“高級(jí)”按鈕，彈出“PCB打印輸出屬性”對(duì)話框，在圖中右擊，彈出“打印輸出設(shè)置”菜單，選中其中“插入打印輸出”子菜單建立新輸出層面，系統(tǒng)自動(dòng)建立一個(gè)名為“NewPrintout1”的輸出層。

參數(shù)設(shè)置完畢，執(zhí)行菜單“文件”→“打印”輸出底層圖，用于單面板制板。新的輸出右擊“創(chuàng)建層”

4.雙面板制板圖輸出設(shè)置

雙面制板圖的輸出與單面板相似，但需要建立兩個(gè)新的輸出層面，一個(gè)用于底層輸出，與單面板設(shè)置相同；另一個(gè)用于頂層輸出，輸出層面為“TopLayer”、“MultiLayer”和“Keep-OutLayer”，設(shè)置方式與前面相同，但“TopLayer”必須選中“鏡像”下方的復(fù)選框，輸出鏡像圖紙。

5.打印預(yù)覽及輸出

參數(shù)設(shè)置完畢，執(zhí)行菜單“文件”→“打印預(yù)覽”預(yù)覽輸出圖，執(zhí)行菜單“文件”→“打印”，分別輸出頂層圖和底層圖，用于雙面板制板，注意此時(shí)頂層圖必須是鏡像的。打印效果預(yù)覽設(shè)置了3張輸出圖，預(yù)覽圖中為3張輸出圖。1.實(shí)訓(xùn)目的1）進(jìn)一步熟悉貼片元器件的使用。2）掌握貼片元器件的雙面貼放方法。3）掌握SMD布線規(guī)則設(shè)置。4）掌握印制板輸出方法。技能實(shí)訓(xùn)11元器件雙面貼放PCB設(shè)計(jì)2.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1）事先準(zhǔn)備好“USB轉(zhuǎn)串口連接器”原理圖文件，并熟悉電路原理。2）進(jìn)入PCB編輯器，新建PCB“USB轉(zhuǎn)串口連接器.PCBDOC”，新建元器件庫(kù)“PcbLib1.PcBLib”，參考圖9-3和圖9-5設(shè)計(jì)晶振和USB接口的封裝。3）載入MiscellaneousDevice.IntLIB、MiscellaneousConnectors.IntLib和自制的PcbLib1.PcBLib元器件庫(kù)。4）編輯原理圖文件，根據(jù)表9-1重新設(shè)置好元器件的封裝。5）設(shè)置單位制為公制，設(shè)置可視柵格1、2為1mm和10mm，捕獲柵格X、Y，元件網(wǎng)格X、Y均為0.5mm。6）規(guī)劃PCB。在KeepoutLayer上定義PCB的電氣輪廓，尺寸為48mm×17mm，在板的左側(cè)距板的短邊10mm、長(zhǎng)邊3mm處上下放置2個(gè)直徑3.5mm，孔徑2mm的焊盤(pán)作為螺絲孔。7）執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“PCB板形狀”→“重定義PCB板形狀”命令，沿著電氣輪廓定義48mm×17mm的長(zhǎng)方形PCB板。8）打開(kāi)USB轉(zhuǎn)串口連接器原理圖文件，執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“UpdatePCBDocumentUSB轉(zhuǎn)串口連接器PCBDOC”命令加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件，根據(jù)提示信息修改錯(cuò)誤。9）執(zhí)行菜單“工具”→“放置元件”→“Room內(nèi)部排列”命令進(jìn)行元器件布局。10）底層元器件設(shè)置。修改小貼片元器件R5～R8、C1～C6的“元件屬性”，將“層”設(shè)置為BottomLayer，即底層放置，設(shè)置后貼片元器件的焊盤(pán)變換為底層，元器件的絲網(wǎng)變換為底層絲網(wǎng)層。11）執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)”→“PCB板層次顏色”命令，設(shè)置“BottomOverlay”為顯示狀態(tài)，顯示底層元器件的絲網(wǎng)。12）元件手工布局調(diào)整。根據(jù)布局原則參考圖9-9進(jìn)行手工布局調(diào)整，減少飛線交叉。11）針對(duì)四個(gè)按鍵、兩個(gè)接口、六個(gè)接線柱，參考圖8-12進(jìn)行手工預(yù)布局。12）創(chuàng)建類(lèi)，完成弱電板類(lèi)、連接Ⅰ類(lèi)、大電流類(lèi)、連接Ⅱ類(lèi)、小電流類(lèi)的設(shè)置。13）根據(jù)布局原則，結(jié)合各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，參考圖8-17，按模塊完成其他器件的布局手工調(diào)整。14）參考圖8-17，分別執(zhí)行“放置”→“直線”命令、“放置”→“圓?。ㄈ我饨嵌?/p>