項(xiàng)目2 雙面PCB的設(shè)計(jì)與制作-任務(wù)5

多層印制板設(shè)計(jì)與制造印制板電路板的設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目2雙面PCB的設(shè)計(jì)與制作—任務(wù)5設(shè)計(jì)雙面PCB任務(wù)5設(shè)計(jì)雙面PCB5.1

創(chuàng)建元器件的封裝庫和集成庫5.2PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則5.3雙面PCB設(shè)計(jì)5.4拓展訓(xùn)練5.1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

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(cè)，手冊(cè)上會(huì)提供它的外形及引腳尺寸，另一種就是用游標(biāo)卡尺直接測(cè)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5-11.啟動(dòng)元器件編輯器

執(zhí)行菜單命令“File”→“New”→“Library”→“PCBLibrary”，打開PCB封裝庫編輯器，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)PCB庫文件“Pcblib1.PcBlib”，如圖5-2所示。圖5-2單擊“PCBLibrary”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“工具”→“元器件屬性”在彈出的對(duì)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5-32.柵格設(shè)置執(zhí)行菜單命令“Tools”→“LibraryOptions”命令（快捷鍵為T，O）打開BoardOptions對(duì)話框，如圖5-4.圖5-4圖5-53.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(biāo)處將出現(xiàn)焊盤，放置焊盤之前，先按Tab鍵，彈出Pad[mil]對(duì)話框，如圖5-6所示。圖5-6放置好的焊盤的數(shù)碼管如圖5-7所示。4.繪制輪廓①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TopOverlay標(biāo)簽。②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(rèn)值。繪制好數(shù)碼管封裝如圖5-8所示。圖5-75.1.2創(chuàng)建元器件的集成庫

1.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(hào)，還集成了相應(yīng)的功能模塊，如FootPrint

封裝，電路仿真模塊，信號(hào)完整性分析模塊等。優(yōu)點(diǎn)：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(huì)檢測(cè)錯(cuò)誤。圖5-82.集成庫的創(chuàng)建步驟集成庫的創(chuàng)建主要有以下幾個(gè)步驟：①創(chuàng)建集成庫包②增加原理圖符號(hào)元件③為元件符號(hào)建立模塊聯(lián)接④編譯集成庫3．實(shí)例①執(zhí)行菜單命令File→New→Project→Integrated

Library（集成庫），如圖5-9所示。新建一個(gè)集成庫工程，默認(rèn)名稱為Integrated_Library1.LibPkg。②執(zhí)行菜單命令File→Save

Project將工程保存為MyLib.LibPkg。③執(zhí)行菜單命令File→New→Library→SchematicLibrary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(hào)。圖5-9④執(zhí)行菜單命令File→New→Library→PCBLibrary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(hào)對(duì)應(yīng)的封裝。⑤執(zhí)行菜單命令Project→Compile

IntegratedLibraryMyLib.LibPkg對(duì)生成的集成庫MyLib.LibPkg進(jìn)行編譯，如圖5-11所示。圖5-105.2PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則5.2.1PCB布局規(guī)則

①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(hào)流向布局主要元器件。如圖5-12所示，電解電容C1在布局時(shí)要緊挨著整流橋BRIDGE2放置。圖5-11

圖5-12②元器件距離印制板邊緣不小于200mil(5.08mm)。③器件布局柵格的設(shè)置，一般建議在IC器件布局時(shí)，柵格設(shè)置為50～100mil,小型表面安裝器件布局時(shí)，柵格設(shè)置不少于25mil。④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1～1.5mm范圍內(nèi)不能放置過孔和走線等。⑤優(yōu)先布局重要的單元電路和核心元器件，如圖5-13.⑥質(zhì)量較大的元器件應(yīng)避免放在板的中心，應(yīng)靠近印制板的固定邊放置。⑦同類型插裝元器件應(yīng)盡量朝一個(gè)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。⑧按照均勻分布、重心平衡、板面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局。圖5-135.2.2PCB布線規(guī)則

①回路最小規(guī)則，即信號(hào)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(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小，如圖5-14。圖5-14②克服串?dāng)_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；減小布線層與地平面的距離，如圖5-15。圖5-15③屏蔽保護(hù)規(guī)則如圖5-16所示，圖中將信號(hào)線用地屏蔽線包圍起來。

圖5-16④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(hào)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5-17⑤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(yīng)”，減少不必要的干擾輻射和接收，如圖5-18。圖5-18⑥走線閉環(huán)檢查規(guī)則：防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)，如圖5-19。圖5-19⑦倒角規(guī)則：防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)，如圖5-20。圖5-20⑧走線長(zhǎng)度控制規(guī)則：即短線規(guī)則，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使布線長(zhǎng)度盡量短，以減少由于走線過長(zhǎng)帶來的干擾問題，如圖5-21。圖5-21⑨集成電路焊盤出線方式a.集成電路走線應(yīng)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5-22圖5-23c.集成電路走線應(yīng)從焊盤端面中心位置連接,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(shí)，應(yīng)從焊盤外部連接，不允許在焊盤中間直接連接,如圖5-25.圖5-25圖5-245.3雙面PCB設(shè)計(jì)5.3.1創(chuàng)建PCB文件規(guī)劃電路板

1.創(chuàng)建PCB文件

2.PCB環(huán)境參數(shù)設(shè)置執(zhí)行菜單命令Design→BoardOption菜單即可打開板選項(xiàng)對(duì)話框，將捕獲網(wǎng)格設(shè)置為25mil，元件網(wǎng)格設(shè)置為50mil，網(wǎng)格顯示Grid1設(shè)置為1倍的捕獲柵格，Grid2設(shè)置為1倍的捕獲柵格，顯示標(biāo)記Marker設(shè)置為L(zhǎng)ine（在進(jìn)行布線時(shí)，應(yīng)將其改為Dot）。

3.雙面板工作層設(shè)置

將鼠標(biāo)放置在工作區(qū)單擊鍵盤上“L”鍵，彈出板層與顏色設(shè)置對(duì)話框，然后按照?qǐng)D5-26設(shè)置要顯示的工作層。圖5-264.電路板外形設(shè)置按照前面的方法繪制電路板外形，如圖5-27所示。

圖5-275.3.2裝載網(wǎng)絡(luò)表5.3.3數(shù)字鐘PCB布局元件載入PCB板后，就可以根據(jù)元件的布局原則仔細(xì)調(diào)整元器件的位置。對(duì)于數(shù)字鐘的PCB在布局時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：①數(shù)碼管作為時(shí)間的顯示應(yīng)放置在電路板的邊緣。②集成電路要排列整齊。1.元件對(duì)齊和均勻分布操作

圖5-28為初步布局的6個(gè)數(shù)碼管，高低不一，且間距不等，如果用手動(dòng)方式使它們均勻排列并對(duì)齊花費(fèi)時(shí)間很多。對(duì)齊方法：①用鼠標(biāo)選中6個(gè)數(shù)碼管后，將鼠標(biāo)放在其中一個(gè)數(shù)碼管上，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇Align→AlignVerticalCenters后，用鼠標(biāo)選擇DS4，所有被選中的數(shù)碼管全都與DS4垂直對(duì)齊。5-28②再將鼠標(biāo)放在其中一個(gè)數(shù)碼管上，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇Align→DistributeHorizontally，6個(gè)數(shù)碼管的間距也保持一致了，如圖5-29所示。

2.元器件鎖定元器件布局時(shí)，有些關(guān)鍵元件的位置是固定的，為防止因忘記而被移動(dòng)，這種元器件布局后，通常圖5-29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(duì)話框中將“Locked”選項(xiàng)選中，如圖5-30所示。此時(shí)DS1就被鎖定了。數(shù)字鐘PCB的參考布局如圖5-31所示。圖5-30圖5-315.3.4數(shù)字鐘PCB布線

1.布線前的規(guī)則設(shè)置

（1）“Clearance”（安全間距規(guī)則）設(shè)置將此選項(xiàng)設(shè)置為0.254mm。（2）“Width”（線寬）設(shè)置

“GND”網(wǎng)絡(luò)：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(luò)：最大線寬設(shè)置為2mm，優(yōu)選線寬為1.5mm，最小線寬設(shè)置為1mm。

其余信號(hào)線：線寬均設(shè)置為0.4mm。（3）過孔設(shè)置執(zhí)行菜單命令Design→Rules，在彈出的對(duì)話框中選擇RoutingViaStyle選項(xiàng)設(shè)置過孔尺寸。如圖5-35所示，單擊OK按鈕完成設(shè)置。圖5-352.手工布線設(shè)置好布線規(guī)則后，接下來進(jìn)行手工布線。雙面板布線時(shí)，頂層和底層的布線要盡量做到相互垂直。布線前還應(yīng)將網(wǎng)格顯示改為點(diǎn)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(shí)，此時(shí)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。

數(shù)字鐘的布線參考如圖5-39和5-40所示。5.3.5DRC

5.3.6生成Gerber文件圖5-38圖5-37圖5-36圖5-39圖5-405.4.1拓展訓(xùn)練11.項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求圖5-43所示為以ATMEGA16L單片機(jī)為核心的控制板。（1）原理圖繪制要求①正確使用元器件符號(hào)繪制原理圖。②每個(gè)元器件符號(hào)都要有標(biāo)號(hào)和封裝，且標(biāo)號(hào)不能重復(fù)。③正確使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，不要錯(cuò)標(biāo)、漏標(biāo)。④發(fā)光二極管、插座J1~J4要排列整齊，高度要一致5.4拓展訓(xùn)練圖5-43（2）PCB設(shè)計(jì)要求①印制板尺寸：長(zhǎng)：2900mil、寬：2300mil。②設(shè)計(jì)成雙面板并覆銅。③隱藏所有元器件參數(shù)標(biāo)注。④元器件封裝排列要整齊緊湊。⑤由于生產(chǎn)加工時(shí)所須的夾持邊，所以在印制板邊緣2mm區(qū)域內(nèi)禁止布局。⑥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(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局。⑦電源線和地線要盡量寬。2.設(shè)計(jì)步驟①新建PCB項(xiàng)目文件，命名為“AVR單片機(jī)控制板.PrjPcb”，在項(xiàng)目中新建原理圖文件“AVR單片機(jī)控制板.SchDoc”。②按表5-1，添加元器件庫、標(biāo)注元器件參數(shù)。③繪制導(dǎo)線，放置電源符號(hào)、接地符號(hào)和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。④對(duì)繪制的原理圖文件進(jìn)行編譯，然后保存原理圖文件。⑤在項(xiàng)目中新建PCB文件“AVR單片機(jī)控制板.PcbDoc”.

DesignatorCommentFootprintQuantityJP5chargeSIP21JP6NoChargeSIP21P1MHDR2X13MHDR2X131D1,D2,D3,D4,D5,D6414812066CRY111.0592XTAL11J7SIP41J8SIP41C161000uFRB-.2/.41C610212061C2,C4,C71043C11061C8,C915p2J1,J2,J3,J4IDC264J5IDC141POWER1LED1R410k12061R21k1R3,R53K2R14.7k1U1ATMEGA16LDIP401J6JTAGIDC-1015.4.2拓展訓(xùn)練21.項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求圖5-47所示為以糾錯(cuò)控制電路。（1）原理圖繪制要求①正確使用元器件符號(hào)繪制原理圖。②每個(gè)元器件符號(hào)都要有標(biāo)號(hào)和封裝，且標(biāo)號(hào)不能重復(fù)。其中，AT89C52、MAX232、LCD12864、DAC0832等元器件的符號(hào)需要自己制作，或者更改庫中提供的類似元器件。③正確使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，不要錯(cuò)標(biāo)、漏標(biāo)。④按模塊繪制各部分電路，并用直線分開。⑤對(duì)元器件進(jìn)行手動(dòng)布局。插座應(yīng)放置在印制板的邊緣，晶振CRY1和電容C1、C2應(yīng)放置U1的12和13腳附件。⑥將電源和地線都設(shè)置成60mil，其余導(dǎo)線設(shè)置成10mil；過孔的直徑設(shè)置為35mil，孔徑設(shè)置為20mil，用手工方式進(jìn)行布線。⑦布線結(jié)束后，需要對(duì)電路板覆銅。布線參考如圖5-45和5-46所示。

圖5-45圖5-46圖5-47（2）PCB設(shè)計(jì)要求①印制板尺寸：長(zhǎng)：4960mil、寬：3780mil。②設(shè)計(jì)成雙面板。③隱藏所有元器件參數(shù)標(biāo)注。④元器件封裝排列要整齊緊湊。2.設(shè)計(jì)步驟①新建PCB項(xiàng)目文件，命名為“糾偏控制.PrjPcb”，在項(xiàng)目中新建原理圖文件“糾偏控制.SchDoc”。DesignatorCommentFootprintLibraryNameQuantity備注BZQ1,BZQ2,BZQ3,VOUT12864

VR53元件符號(hào)和封裝自制C1,C230pFCAP0.3MiscellaneousDevices.IntLib2封裝自制C3,C947uFCAP1封裝自制C4,C5,C6,C7,C8,C10,C11,C12,C13,C14,C15104CAP0.311封裝自制DB9DSUB1.385-2H9MiscellaneousConnectors.IntLib

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J1PWR2.5KLD-02021

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