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多层印制板设计与制造,印制板电路板的设计与制造,项目2 双面PCB的设计与制作 任务5 设计双面PCB,任务5 设计双面PCB,5.1 创建元器件的封装库和集成库 5.2 PCB的设计规则 5.3 双面PCB设计 5.4 拓展训练,5.1创建元器件的封装库和集成库,5.1.1 创建元器件的封装 元器件的外形尺寸通常有两种途径获 得,一种是通过元件手册,手册上会 提供它的外形及引脚尺寸,另一种就 是用游标卡尺直接测绘。这里我们直 接给出数码管的外形尺寸,如图5-1 所示。,图5-1,1.启动元器件编辑器 执行菜单命令 “File”“New” “Library” “PCB Library”,打开PCB封装库编辑器,系统自动产生一个 PCB库文件“Pcblib1.PcBlib”,如图5-2所示。,图5-2,单击“PCB Library”在工作区中打开PCB 库编辑管理器,如图5-3所示。 执行菜单命令“工具”“元器件属性” 在弹出的对话框中输入“数码管”如图 5-4所示,或者双击该名称也可重命 名,然后单击确定。,图5-3,2.栅格设置 执行菜单命令“Tools”“Library Options”命令(快 捷键为T,O)打开Board Options对话框,如图5-4.,图5-4,图5-5,3.添加焊盘 执行“Place” “Pad” 命令(快捷键为P,P)或 单击工具栏按钮,光标处 将出现焊盘,放置焊盘之 前,先按Tab键,弹出 Padmil对话框,如图 5-6所示。,图5-6,放置好的焊盘的数码管如图5-7所示。 4.绘制轮廓 在绘制元器件轮廓之前,先确定它们所 属的层,单击编辑窗口底部的Top Overlay标签。 执行“Place”“Line” 命令(快捷键为 P,L)或单击按钮,放置线段前可按Tab键编辑线段 属性,这里选默认值。绘制好数码管封装如图5-8所 示。,图5-7,5.1.2 创建元器件的集成库 1.集成库的概念 在集成库中的元件不仅具有原理图中 代表元件的符号,还集成了相应的功能 模块,如FootPrint 封装,电路仿真模 块,信号完整性分析模块等。 优点:便于移植和共享,元件和模块之间的连接具 有安全性,集成库在编译过程中会检测错误。,图5-8,2.集成库的创建步骤 集成库的创建主要有以下几个步骤: 创建集成库包 增加原理图符号元件 为元件符号建立模块联接 编译集成库 3实例 执行菜单命令FileNewProjectIntegrated Library(集成库),如图5-9所示。新建一个集成库,工程,默认名称为Integrated_Library1.LibPkg。 执行菜单命令FileSave Project将工程保存为 MyLib.LibPkg。 执行菜单命令FileNew LibrarySchematic Library创建 原理图库,并命名为MyLib.SchLib。 然后按照前面的方法绘制原理图符号。,图5-9,执行菜单命令FileNewLibraryPCB Library 创建原理图库,并命名为MyLib.PcbLib,如图5-10 所示。然后按照前面的方法绘制原理图符号对应的 封装。 执行菜单命令ProjectCompile Integrated Library MyLib.LibPkg对 生成的集成库MyLib.LibPkg进行编译, 如图5-11所示。,图5-10,5.2 PCB的设计规则,5.2.1 PCB布局规则 深入理解原理图,明确板上主要 元器件,根据印制板的主信号流 向布局主要元器件。如图5-12所示, 电解电容C1在布局时要紧挨着整流桥BRIDGE2放 置。,图5-11,图5-12,元器件距离印制板边缘不小于200mil(5.08mm)。 器件布局栅格的设置,一般建议在IC器件布局时 ,栅格设置为50100mil,小型表面安装器件布局时 ,栅格设置不少于25mil。 需考虑与结构安装有关的问题,如固定螺钉和金 属垫片直径外11.5mm范围内不能放置过孔和走 线等。,优先布局重要的单元电路和核心元器件,如图5-13.,质量较大的元器件应避免放在板 的中心,应靠近印制板的固定边放 置。 同类型插装元器件应尽量朝一个 方向放置。同一类型的极性分离器 件也要尽量在方向上保持一致。 按照均匀分布、重心平衡、板面 美观的标准优化布局。,图5-13,5.2.2 PCB布线规则 回路最小规则,即信号线或地线与其回路构成的环面 积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外 界的干扰也越小,如图5-14。,图5-14,克服串扰的主要措施是:加大平行布线的间距,遵 循3W规则(W为线宽);在平行线间插入接地的隔 离线;减小布线层与地平面的距离,如图5-15。,图5-15,屏蔽保护规则如图5-16所示,图中将信号线用地 屏蔽线包围起来。,图5-16,走线方向控制规则:相邻层的走线方向成正交结 构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以 减少不必要的层间窜扰。如图5-17所示。,图5-17,走线开环检查规则:一般不允许出现一端浮空的布 线主要是为了避免产生“天线效应”,减少不必要的干扰 辐射和接收,如图5-18。,图5-18,走线闭环检查规则:防止信号线在不同层间形成自 环,如图5-19。,图5-19,倒角规则 :防止信号线在不同层间形成自环,如图 5-20。,图5-20,走线长度控制规则:即短线规则,在设计时应使布 线长度尽量短,以减少由于走线过长带来的干扰问 题 ,如图5-21。,图5-21,集成电路焊盘出线方式 a.集成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-22.,b.集成电路走线不允许突出焊盘,如图5-23.,图5-22,图5-23,c.集成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-24.,d.相邻的密间距(小于50mil)表贴焊盘引脚需要连接 时,应从焊盘外部连接,不允许在焊盘中间直接连接,如 图5-25.,图5-25,图5-24,5.3 双面PCB设计,5.3.1 创建PCB文件规划电路板 1.创建PCB文件 2.PCB环境参数设置 执行菜单命令Design Board Option菜单即可打 开板选项对话框,将捕获网格设置为25mil,元件网 格设置为50mil,网格显示Grid1设置为1倍的捕获栅 格,Grid2设置为1倍的捕获栅格,显示标记Marker 设置为Line(在进行布线时,应将其改为Dot)。,3.双面板工作层设置 将鼠标放置在工作 区单击键盘上“L”键, 弹出板层与颜色设 置对话框,然后按 照图5-26设置要显 示的工作层。,图5-26,4.电路板外形设置 按照前面的方法绘制电路板外形,如图5-27所示。,图5-27,5.3.2 装载网络表 5.3.3 数字钟PCB布局 元件载入PCB板后,就可以根据元件的布局原则 仔细调整元器件的位置。对于数字钟的PCB在布局 时要注意以下两点: 数码管作为时间的显示应放置在电路板的边缘。 集成电路要排列整齐。 1.元件对齐和均匀分布操作,图5-28为初步布局的6个数码管,高低不一,且间距 不等,如果用手动方式使它们均匀排列并对齐花费 时间很多。 对齐方法: 用鼠标选中6个数码管后, 将鼠标放在其中一个数码管上,单击右键,在弹出 菜单中选择AlignAlign Vertical Centers后,用鼠 标选择DS4,所有被选中的数码管全都与DS4垂直 对齐。,5-28,再将鼠标放在其中一个数码管上,单击右键,在 弹出菜单中选择AlignDistribute Horizontally,6个 数码管的间距也保持一致了,如图5-29所示。 2.元器件锁定 元器件布局时,有些关键元件的位置是固定的, 为防止因忘记而被移动,这种元器件布局后,通常,图5-29,将其位置锁定。 具体方法是(以数码管DS1为例): 双击该DS1的封装,在弹出的对 话框中将“Locked”选项选中,如 图5-30所示。此时DS1就被锁定 了。 数字钟PCB的参考布局如图 5-31所示。,图5-30,图5-31,5.3.4 数字钟PCB布线 1.布线前的规则设置 (1)“Clearance”(安全间距规则)设置 将此选项设置为0.254mm。 (2)“Width”(线宽)设置 “GND”网络:最大线宽为2.5mm、优选线宽为1.5mm,最小线宽为1mm; “5V”网络:最大线宽设置为2mm,优选线宽为1.5mm,最小线宽设置为1mm。 其余信号线:线宽均设置为0.4mm。,(3)过孔设置 执行菜单命令DesignRules,在弹出的对话框 中选择Routing Via Style 选项设置过孔尺寸。如 图5-35所示,单击OK按 钮完成设置。,图5-35,2.手工布线 设置好布线规则后,接下来进行手工布线。双面 板布线时,顶层和底层的布线要尽量做到相互垂直 。布线前还应将网格显示改为点显示。 在布线过程中,本层布线遇到走不通或需要切换 另一层才能连接时,此时就要放置过孔切换到另一 层去布线。如图5-36、5-37和5-38所示。,数字钟的布线参考如图5-39和5-40所示。 5.3.5 DRC 5.3.6 生成Gerber文件,图5-38,图5-37,图5-36,图5-39,图5-40,5.4.1 拓展训练1 1.项目设计要求 图5-43所示为以ATMEGA16L单片机为核心的控制 板。 (1)原理图绘制要求 正确使用元器件符号绘制原理图。 每个元器件符号都要有标号和封装,且标号不能 重复。 正确使用网络标号,不要错标、漏标。 发光二极管、插座J1J4要排列整齐,高度要一致,5.4 拓展训练,图5-43,(2)PCB设计要求 印制板尺寸:长:2900mil、宽:2300mil。 设计成双面板并覆铜。 隐藏所有元器件参数标注。 元器件封装排列要整齐紧凑。 由于生产加工时所须的夹持边,所以在印制板边缘2mm区域内禁止布局。 遵照“先大后小,先难后易”的布局原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。 电源线和地线要尽量宽。,2.设计步骤 新建PCB项目文件,命名为“AVR单片机控制板 .PrjPcb”,在项目中新建原理图文件“AVR单片机控 制板.SchDoc”。 按表5-1,添加元器件库、标注元器件参数。 绘制导线,放置电源符号、接地符号和网络标号。 对绘制的原理图文件进行编译,然后保存原理图文 件。 在项目中新建PCB文件“AVR单片机控制板.PcbDoc”.,5.4.2 拓展训练2 1.项目设计要求 图5-47所示为以纠错控制电路。 (1)原理图绘制要求 正确使用元器件符号绘制原理图。 每个元器件符号都要有标号和封装,且标号不能 重复。其中,AT89C52、MAX232、LCD12864、 DAC0832等元器件的符号需要自己制作,或者更改 库中提供的类似元器件。 正确使用网络标号,不要错标、漏标。 按模块绘制各部分电路,并用直线分开。,对元器件进行手动布局。插座应放置在印制板的 边缘,晶振CRY1和电容C1、C2应放置U1的12和 13脚附件。 将电源和地线都设置成60mil,其余导线设置成 10mil;过孔的直径设置为35mil,孔径设置为20mil ,用手工方式进行布线。 布线结束后,需要对电路板覆铜。 布线参考如图5-45和5-46所示。,图5-45,图5-46,图5-47,(2)PCB设计要求 印制板尺寸:长:4960mil、宽:3780mil。 设计成双面板。 隐藏所有元器件参数标注。 元器件封装排列要整齐紧凑。 2.设计步骤 新建PCB项目文件,命名为“纠偏控制.PrjPcb”, 在项目中新建原理图文件“纠偏控制.SchDoc”。,按表5-2,添加
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