第12章 電路板綜合設(shè)計(jì)實(shí)例

1、電子CADProtel DXP 電路設(shè)計(jì) 任任 富富 民民 編編 著著中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書(shū)（電子技術(shù)專業(yè)）中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書(shū)（電子技術(shù)專業(yè)）電子教案電子教案 第12章電路板綜合設(shè)計(jì)實(shí)例 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章以制作電腦有源音箱、微機(jī)P4電源的PCB板為綜合實(shí)例，講解印制電路板的整體制作過(guò)程，培養(yǎng)制作電路板的實(shí)用技能，積累一定的電路板制作經(jīng)驗(yàn)。 12.1電腦有源音箱PCB板的制作 本節(jié)將以作者親自設(shè)計(jì)制作的電腦有源音箱為例，使讀者進(jìn)一步熟悉利用Protel DXP制作PCB板的過(guò)程，本電腦有源音箱以市場(chǎng)上流行的功放集成塊TDA2030為核心，分為低音和左、右聲道功放部分，下面我們講解制作該P(yáng)CB板的

2、實(shí)際過(guò)程。 12.1.1制作原理圖元件、繪制原理圖 通過(guò)對(duì)電腦音箱實(shí)物分析和電路原理圖分析，為了便于安裝以及音量調(diào)節(jié)和指示，電路圖分為三大部分，分別為低音板部分、高音板和電源部分、電源指示部分，電路總圖中分別用繪圖工具中的畫(huà)線工具分塊表示出來(lái)，同時(shí)用箭頭表示信號(hào)的流向和各插座排線的連接關(guān)系，為了分別制作各PCB板，將總原理圖分圖紙分別繪制如下。1低音部分原理圖10uFC110uFC1B10KR6104C810uFC933KR85. 1KR933KR10220R13510R14VCC100uC13510R16220R15VEE10KR1110KR1232184MC4558U1A84567MC45

3、58U1B0. 22uFC10104C1110uFC12TDA2030AGD12345510R17100uFC1533KR1810R19104C18VCCVEE100uFC17100uFC1610KR7VCCVEEL1G N D2R3PHONE112RSP123JP1A123JP2B123JP3A123JP4A123JP5A47uFC14自制的低音部分原理圖元件L1GND2R3音頻插孔原理圖元件 音頻插孔元件實(shí)物 TDA2030原理圖元件 2調(diào)節(jié)指示部分原理圖自制雙連電位器原理圖該電路板中W1、W2為雙連電位器，由于在一般的元件庫(kù)中沒(méi)有該原理圖元件圖形，所以必須自制，自制的原理圖元件如圖所示。

4、3高音和電源部分原理圖 高音和電源部分原理圖如下頁(yè)圖所示，由元件參數(shù)基本相同的左、右聲道組成，所以可以采取畫(huà)好一個(gè)聲道后復(fù)制、修改的方法繪制另一個(gè)聲道，加快原理圖的繪制速度和效率，其中橋堆D1采用原理圖庫(kù)元件Bridge1。 高音和電源部分原理圖 1 0 KR 12 n 2C 21 0 0 nC 35 . 1 KR 2123455 1 0R 31 0 u FC 53 3 KR 41 0R 51 0 4C 7V C CV E E1 0 0 u FC 41 0 0 u FC 61 0 KR 1 B2 n 2C 2 B1 0 0 nC 3 B5 . 1 KR 2 B123455 1 0R 3 B1

5、0 u FC 5 B3 3 KR 4 B1 0R 5 B1 0 4C 7 BV C CV E E1 0 0 u FC 4 B1 0 0 u FC 6 B1234D 14 7 0 0 u FP C 14 7 0 0 u FP C 21 0 3P C 31 0 3P C 4V C CV E E1 KR 2 01 KR 2 1T D A 2 0 3 0 AG LT D A 2 0 3 0 AG R123J P 3 B123J P 5 B123J P 7 A123J P 6 AL1G N D2R3P H O N E 212.1.2確定封裝形式并自制PCB引腳封裝 在繪制原理圖過(guò)程中或完成后，必須在原理

6、圖元件屬性對(duì)話框中的FootPrint（引腳封裝）屬性欄中指定對(duì)應(yīng)的引腳封裝，對(duì)于原封裝庫(kù)中沒(méi)有或不合適的封裝形式，必須采取自制或復(fù)制修改的方法。 1 自制音頻插孔引腳封裝 本音箱使用的音頻插孔在原有的封裝庫(kù)中找不到合適的封裝形式，采取自制的方法，先利用前面介紹的卡尺仔細(xì)測(cè)量音頻插孔三個(gè)管腳之間的距離和尺寸，以及管腳的粗細(xì)，其中測(cè)得的管腳距離參數(shù)和自制音頻插孔引腳封裝如圖所示，因?yàn)楣苣_1.7mm，所以確定焊盤(pán)參數(shù)為X=3mm、Y=4mm，孔徑為2.54mm。 2. 制作其它元件引腳封裝連接線插座封裝 雙連電位器封裝 發(fā)光二極管封裝 小電解電容封裝 2. 制作其它元件引腳封裝TDA2030A封裝

7、 整流橋堆封裝 2. 制作其它元件引腳封裝自制電阻封裝 大電解電容封裝 12.1.3 制作各PCB板 1. 調(diào)節(jié)指示板電路板尺寸和元件定位布局 調(diào)節(jié)指示板電路板布局調(diào)節(jié)指示板位于電腦音箱前部，它雖然元件不多，但因?yàn)殡娢黄鞯恼{(diào)節(jié)柄必須穿過(guò)音箱前面的面板，且發(fā)光二極管也必須和面板孔對(duì)齊，所以電位器之間、發(fā)光二極管之間的相對(duì)定位必須相當(dāng)準(zhǔn)確，否則電路板安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)困難。 2. 調(diào)節(jié)指示板布線覆銅效果圖 布局、定位元件后，接著可以設(shè)置布線規(guī)則、自動(dòng)布線、手工修改、添加覆銅區(qū)等操作，最終的參考效果如圖所示。 低音電路板尺寸規(guī)劃和元件布局本電路板功放GD（TDA2030）必須安裝在音箱后蓋散熱板上，因此它

8、的定位必須比較精確，其定位參數(shù)為：第一管腳距電路左邊框26.416mm，同時(shí)必須注意電路板左上角安裝孔的定位尺寸分別為X=4.572mm，Y=7.112mm。有定位要求的元件還有音頻輸出插座PHONE1，它的第二焊盤(pán)距電路板左端15.24mm，以上尺寸是根據(jù)電路板的安裝位置、音箱外殼、散熱板實(shí)物等利用卡尺測(cè)量的實(shí)際尺寸。在實(shí)際制作電路板前還要充分考慮電路板的實(shí)際尺寸，并確定關(guān)鍵的定位元件，測(cè)量好它們之間、它們和電路板邊框之間的定位尺寸。對(duì)該板元件進(jìn)行手工布局。由于元件較多，所以布局需要較長(zhǎng)時(shí)間仔細(xì)、綜合考慮各因素，在滿足定位尺寸、電氣法則的前提下，盡量使飛線較短，交叉較少，并使接插件靠近電路板

9、邊緣，便于安裝和接插調(diào)試，其電路板尺寸和元件布局如圖所示。 低音電路板尺寸規(guī)劃和元件布局 低音電路板PCB布線和覆銅效果圖 對(duì)低音電路板進(jìn)行完手工元件布局后，就可以設(shè)置布線規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)布線，也可采用對(duì)地線和電源線先手工預(yù)布一部分導(dǎo)線，鎖定后再自動(dòng)布線的方法。由于該電路板元件較多，同時(shí)受音箱體積的限制，電路板面積較小，所以該板的布線密度較高，自動(dòng)布線的效果不好，自動(dòng)布線時(shí)許多導(dǎo)線為了連通，彎曲較多，長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，所以必須手工進(jìn)行修改，其布線和覆銅效果如圖所示。 短路線的使用圖中W1為短路線，在單面板中，為了提高布通率，并使導(dǎo)線不至于彎曲過(guò)多，在某些導(dǎo)線中間放置焊盤(pán)，以便安裝電路板時(shí)焊接短路線，從而提

10、高單面板的導(dǎo)線密度，該方法在電視機(jī)、顯示器等單面電路板中廣泛采用，但一般要求短路線不能太長(zhǎng)，本電路板中利用短路線W1穿過(guò)三根底層導(dǎo)線。手工修改布線后可以進(jìn)行添加覆銅區(qū)等操作，最終效果如圖所示。 3 高音和電源部分PCB板制作高音部分功放、電源板和低音部分電路板一樣，元件較多，電路板面積較小，所以元件布局和布線難度較高，與低音部分電路板一樣，高音功放GL、GR（TDA2030）必須安裝在音箱后面散熱鋁板上，所以它的定位也必須比較精確，GR第三管腳距電路左邊框39.116mm，GL第三管腳距電路左邊框58.422mm，同時(shí)必須注意電路板右上角安裝孔的定位尺寸分別為X=5.08mm，Y=5.08mm

11、,此處電路板中用大焊盤(pán)代替該安裝孔，這樣可以通過(guò)安裝螺釘使外殼和電路板地線端相連，起到外殼抗干擾的作用，元件手工布局調(diào)整后如圖所示。 高音和電源板尺寸和元件布局 高音和電源板PCB布線和覆銅圖 12.2電腦P4開(kāi)關(guān)電源PCB板制作 電腦P4開(kāi)關(guān)電源板元件多、功率大，電路板面積小，元件密度和布線密度高，所以該電路板的制作難度較大，本節(jié)將講解臺(tái)式電腦P4開(kāi)關(guān)電源板的制作過(guò)程。 12.2.1 制作原理圖元件和繪制原理圖電腦P4開(kāi)關(guān)電源元件很多，而電路板因受電源外殼的限制面積較小，所以我們?yōu)榱私档碗娐钒逶芏群筒季€難度，將小信號(hào)控制部分從主電源板中取出單獨(dú)制成小的雙面板，利用雙面板布線密度高、難度低

12、的特點(diǎn)，減少主電源板的元件數(shù)，同時(shí)可以提高抗干擾能力和便于調(diào)試。1繪制主電路板原理圖主電路板原理圖如課本圖12.16所示。注意電路中有二種接地符號(hào)，一種接地符號(hào)為 ，表示300V高壓接地，另一種接地符號(hào)為 ，表示低壓部分接地。其中保險(xiǎn)管F選用分立元件庫(kù)Miscellaneous Devices.IntLib中Fuse 1，光耦U301（PC817A）選用Optoisolator1，Q301(TOP204YAI)選用JFET-P。 自制主電路板原理圖元件(a)復(fù)合電感L201 (b)變壓器T1 (c)變壓器T2 自制主電路板原理圖元件 (d)變壓器T3(e)交流扼流圈NF (g)復(fù)合整流管D20

13、9、D217 自制主電路板原理圖元件 (f)小板插座P1 (h)小扼流圈L206、L207 (i)整流橋堆 2 繪制小信號(hào)控制板原理圖小信號(hào)控制板原理圖如課本圖12.18所示。小信號(hào)控制板的元件一般為分立元件，在常用元件庫(kù)Miscellaneous Devices中基本可以找到，只是集成塊IC201、IC202采用自制原理圖元件，如圖所示。 制作主電路板PCB元件封裝 保險(xiǎn)管F的封裝FUSE-1 插座JP1封裝HEADER2 二極管封裝DIODE0.3 電感封裝IN5 整流橋封裝ZLQ1 制作主電路板PCB元件封裝T2封裝T2 T1封裝TR1 制作主電路板PCB元件封裝T3封裝TR3 三極管封

14、裝TO-N 復(fù)合二極管封裝TO-S 制作主電路板PCB元件封裝大無(wú)極性電容封裝CAP1 無(wú)極性電容封裝CAP0.6 L204封裝IN2 L206、L207封裝IN3 制作主電路板PCB元件封裝)L201封裝IN4 交流扼流圈NF封裝IN1 小板插座封裝PAGE1 為了使小信號(hào)控制板能夠插在主電源電路板上，并實(shí)現(xiàn)電路的連通，我們?cè)O(shè)計(jì)了小板插座P1的封裝，在制作該封裝時(shí)必須嚴(yán)格按照?qǐng)D所示的定位尺寸，使其和小板的焊盤(pán)對(duì)齊，封裝中的二個(gè)小方框?yàn)橥谇胁糠?，為了防止走線時(shí)導(dǎo)線穿過(guò)該區(qū)域，二個(gè)小方框可繪制在Keep Out Layer(禁止布線層)，各焊盤(pán)由于不需穿過(guò)元件管腳，所以焊盤(pán)孔徑可設(shè)為0。 小板插

15、座封裝PAGE1 3 制作小信號(hào)控制板PCB封裝形式 三極管封裝TO-92C IC204封裝TO-92E DIODE0.2 AXIAL 制作主電路板 2. 載入主電路板引腳封裝并手工布局由于電路板面積小，元件多，所以元件密度高，自動(dòng)布局已經(jīng)無(wú)法發(fā)揮作用，所以直接采用手工布局，并采取分功能模塊布局的方法，先定位體積較大，對(duì)定位有嚴(yán)格要求的核心關(guān)鍵元件，如大的變壓器，濾波電感、大體積濾波電容、小板安裝孔等，特別是固定于散熱片上的三極管V101、V102、Q301，以及復(fù)合二極管D208、D209、D217，它們分二組分別安裝與二塊不同的散熱片上，它們之間的相互定位以及散熱片的安裝

16、孔定位都非常重要，若處理不當(dāng)會(huì)發(fā)生安裝困難。全面布局后的效果如圖所示，手工布局過(guò)程非常重要，將直接影響到后面的布線，手工布局該板將需要較長(zhǎng)的時(shí)間。 主電路板布局效果圖 主電路板布線效果圖 4增加導(dǎo)線導(dǎo)電能力的小技巧 在主電源電路板中，由于電路板面積小，元件多，布線密度高，所以導(dǎo)線不可能布線太寬，但部分導(dǎo)線電路很大，如各路低電壓輸出導(dǎo)線5V、12V等，輸出電流大到接近20A，因此必須采取措施在不增加導(dǎo)線寬度的前提下，增加導(dǎo)線的導(dǎo)電能力，本電路中采取了如下措施。制作電路板時(shí)將銅箔導(dǎo)線上的阻焊漆去掉，在焊接電路板時(shí)，就可以在沒(méi)有阻焊漆的導(dǎo)線上焊上一層較厚的焊錫增加導(dǎo)線的導(dǎo)電能力。 增加導(dǎo)線導(dǎo)電能力制作方法為了在制作電路板時(shí)將銅箔導(dǎo)線上的阻焊漆去掉，我們可以在PCB編輯器中將電路板層面設(shè)置為Bottom solder(底層阻焊層)，利用畫(huà)線工具在需要去掉阻焊漆的導(dǎo)線上再次繪制導(dǎo)線或填充區(qū)即可，如圖所示，導(dǎo)線或覆銅區(qū)上的淺色部分將不會(huì)涂上阻焊漆而將銅箔裸露出來(lái)，便于焊接時(shí)用焊錫加強(qiáng)導(dǎo)線的導(dǎo)電能力。 利用Bottom solder層加強(qiáng)導(dǎo)線導(dǎo)電能力 重新繪制的區(qū)域不會(huì)涂上阻焊漆 1規(guī)劃小信號(hào)控制電路板 小信號(hào)控制電路板元件布局 小板頂層布線效果 連接焊盤(pán)的作用和定位