PCB實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2可編輯

設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容一、設(shè)計(jì)要求和條件1.1設(shè)計(jì)要求 (1)掌握印制電路板布線流程。 (2)掌握印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則。(3)根據(jù)已有的PCB實(shí)物板，抄畫出PCB圖。(4)設(shè)計(jì)中所用到的元件封裝必須符合實(shí)際的元件尺寸。(5)繪制PCB圖時(shí)，要求將信號(hào)線、電源線、地線的寬度區(qū)分開。(6)要求兩引腳之間的連線最短。(7)要求使用雙面板布線。(8)要求PCB圖布局布線美觀，抗干擾性能強(qiáng)。(9)PCB圖繪制成功后，要求將原理圖畫出。1.2設(shè)計(jì)條件(1)使用萬用表輔助查找元件引腳之間的連接。(2)在制作出網(wǎng)絡(luò)表的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3)使用ProtelDXP專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)目的 (1)理解別人的設(shè)計(jì)思路，提高自身的看圖能力。 (2)學(xué)會(huì)繪制元件封裝。 (3)掌握實(shí)物板中所用元器件的基本功能。 (4)學(xué)會(huì)制作網(wǎng)絡(luò)表以及添加網(wǎng)絡(luò)連接。 (5)在保證一定質(zhì)量的前提下，能夠快速的繪制出PCB圖。三、設(shè)計(jì)方案論證 3.1設(shè)計(jì)思路 對(duì)于學(xué)生而言，抄畫PCB板無非有兩種方法，一種是先畫出原理圖，再畫出PCB；另一種直接畫出PCB圖。在剛得知設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候，我的腦子也一直思維定勢(shì)的認(rèn)為肯定要先畫出原理圖，才能進(jìn)一步的繪制PCB圖。后來經(jīng)過老師的指導(dǎo)，我才知道，依據(jù)實(shí)物板中元件的走線，可以給元件封裝添加網(wǎng)絡(luò)連接，能省去繪制原理圖這一步驟，也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的難度。當(dāng)然這兩種方法都是值得嘗試的。 3.2設(shè)計(jì)方案方案一：根據(jù)實(shí)物板理解其原理，制作出庫中沒有的元件，將其調(diào)出并繪制出原理圖，再導(dǎo)入PCB進(jìn)行布局布線。方案二：利用ProtelDXP軟件直接建立PCB文件，并將板子中用到的元件封裝畫出，再在庫中調(diào)出，放置在合適的位置、添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、布局、布線。 3.3設(shè)計(jì)流程圖 (1)方案一的設(shè)計(jì)流程： 根據(jù)實(shí)物板制作元件根據(jù)實(shí)物板制作元件繪制出電路原理圖根據(jù)實(shí)物制作封裝導(dǎo)入PCB繪制印制板DRC檢測(cè)完成(2)方案二的設(shè)計(jì)流程： 根據(jù)實(shí)物板制作元件封裝根據(jù)實(shí)物板制作元件封裝在PCB下調(diào)出封裝添加網(wǎng)絡(luò)連接繪制PCB圖DRC檢測(cè)完成兩種方案經(jīng)過一番對(duì)比之后，我發(fā)現(xiàn)方案一能使人更好的理解其布線原理，且繪制流程符合標(biāo)準(zhǔn)流程，對(duì)初學(xué)者來說是一種很好的學(xué)習(xí)方法，但是需要花費(fèi)大量的時(shí)間去研究元件引腳的連接問題。而方案二的流程很簡(jiǎn)單，跳過了對(duì)原理圖的繪制，能夠節(jié)約大量時(shí)間。由于此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是得到PCB圖，所以我認(rèn)為應(yīng)該直接從元件的封裝入手，然后將其調(diào)出，添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，只要細(xì)心觀察實(shí)物板的連線，精心布局，此方案定能達(dá)到事半功倍的目的。故我選擇了方案二。3.4布線方案方案一:采用自動(dòng)布線法。將元件的位置擺放好后，便可使用系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)布線功能，幾秒內(nèi)就可將一個(gè)龐大的復(fù)雜的電路布線成功，但可惜的是，布出來的PCB圖效果極差，導(dǎo)線的走線極不平滑，會(huì)有尖角產(chǎn)生，兩個(gè)相距很近的連接在一塊兒的焊盤，也可能會(huì)被繞了一大圈后才能連上，這也是用機(jī)器布線的一大弊端。方案二:采用手動(dòng)布線法。此方法的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要人為操作，要想布出一個(gè)既美觀又實(shí)用的PCB圖，那是需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力的。但就目前的技術(shù)而言，以質(zhì)量為前提條件，手動(dòng)布線是最常用的一種方法，因此，我選擇方案二。3.5實(shí)物板中用到的特殊元件(1)ATmega1280(2)FT232RL(3)LM2576(4)LM298N3.6封裝的繪制繪制封裝的第一步是設(shè)置好圖紙參數(shù)，由于我國(guó)主要使用公制單位毫米(Metric)，所以要將軟件默認(rèn)的英制單位(Imperial)改為公制單位，并在“PCB板選擇項(xiàng)”中將其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，具體修改為何值因人而異。修改完畢后就可以開始繪制封裝了。當(dāng)我們測(cè)量完元件引腳間距及其相關(guān)參數(shù)后，在放置焊盤的過程中經(jīng)常會(huì)遇到距離控制不精確的問題，在這里有一種方法：首先放置一個(gè)焊盤并將其設(shè)置為圓心點(diǎn)。然后根據(jù)左下角的坐標(biāo)軸放置接下來的焊盤，在移動(dòng)焊盤的過程中我們還可以根據(jù)放置的距離對(duì)“捕獲網(wǎng)格”進(jìn)行修改，這樣就能放置處精確的距離。在絲印層(TopOverlay)繪制封裝的過程中應(yīng)使其符合元件的實(shí)際大小，以保證能夠順利安裝元件。完成元件繪制后應(yīng)該將元件設(shè)置在中心點(diǎn)，設(shè)置方法如下：編輯→設(shè)置參考點(diǎn)→中心。因?yàn)樵赑CB的繪制過程中，各個(gè)元件都是以中心點(diǎn)為移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的參考點(diǎn)，如果元件偏離中心點(diǎn)太遠(yuǎn)可能會(huì)導(dǎo)致無法放置到想要的位置。所以這點(diǎn)非常重要，初學(xué)者很容易遺漏！和元件原理圖一樣，元件封裝圖也可以在軟件自帶元件封裝庫中找到。由于元件封裝的命名有通用標(biāo)準(zhǔn)，我們只要知道所需繪制元件的封裝名即可在軟件自帶封裝庫中找到。本設(shè)計(jì)中所用到的元件封裝如附錄所示。3.7PCB板繪制及布線規(guī)則電路板設(shè)計(jì)的流程中最后一步就是PCB板的繪制，也是最為重要的一步，它的好壞將直接影響其電路的好壞。其布線原則十分復(fù)雜，需要擁有多年的電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人士才能熟練掌握的技巧，特別是在高頻電路尤為重要。因此，在這里不做過多討論，只對(duì)其基本原則進(jìn)行討論。(1)元件布局雖然ProtelDXP能夠自動(dòng)布局，但是實(shí)際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進(jìn)行布局時(shí)，一般遵循如下規(guī)則：1、按照電路功能布局如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局，信號(hào)從左邊進(jìn)入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。按照電路流程，安排各個(gè)功能電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢和保持方向一致。以每個(gè)功能電路為核心，圍繞這個(gè)核心電路進(jìn)行布局，元件安排應(yīng)該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個(gè)元件之間的引線和連接。數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開布局。2、元件放置的順序首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關(guān)和連接插件等。再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、集成電路等。最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。(2)網(wǎng)絡(luò)連接 1、裝載了網(wǎng)絡(luò)表之后，在打開的PCB文件中執(zhí)行Design→Netlist→Editnets命令，系統(tǒng)將彈出“網(wǎng)絡(luò)表管理器”對(duì)話框。 2、此時(shí)，可以在NetinClass列表中選擇需要連接的網(wǎng)絡(luò)，然后雙擊該網(wǎng)絡(luò)名或者單擊下面的“Edit”按鈕，系統(tǒng)將彈出EditNet編輯網(wǎng)絡(luò)對(duì)話框，此時(shí)可以選擇添加連接該網(wǎng)絡(luò)的元件引腳。(3)布線的規(guī)則1、線長(zhǎng)：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線的不拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。當(dāng)雙面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。2、線寬：銅膜線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇0.3mm。一般情況下，1~1.5mm的線寬，允許流過2A的電流。例如地線和電源線最好選用大于1mm的線寬。3、線間距：相鄰銅膜線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時(shí)為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。4、大面積填充：電路板上的大面積填充的目的有兩個(gè)，一個(gè)是散熱，另一個(gè)是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時(shí)產(chǎn)生的熱使電路板產(chǎn)生的氣體無處排放而使銅膜脫落，應(yīng)該在大面積填充上開窗，后者使填充為網(wǎng)格狀。使用敷銅也可以達(dá)到抗干擾的目的，而且敷銅可以自動(dòng)繞過焊盤并可連接地線。5、地線：盡量加粗地線。若地線很細(xì)，接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號(hào)受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應(yīng)該盡量寬，一般以大于1mm為宜。(4)DRC檢查規(guī)則當(dāng)PCB板繪制完成后，要怎樣檢查其是否符合設(shè)計(jì)規(guī)格呢？這時(shí)就要用到“設(shè)計(jì)規(guī)則檢查”這項(xiàng)功能。DXP提供了自動(dòng)查錯(cuò)功能，而其約束規(guī)則是由自己設(shè)定的。只要按照“布線規(guī)則”在“PCB規(guī)則和約束編輯器”中找到相應(yīng)的規(guī)則修改即可。里面幾乎包括了所有布線原則，如果在繪制的過程中違反了規(guī)則，系統(tǒng)將把錯(cuò)誤的部分顯示為綠色，這時(shí)你就要想辦法將其修改。綠色導(dǎo)線即為不符合規(guī)則的導(dǎo)線。那么要如何將其改為正確的呢！答案很簡(jiǎn)單，只要在“PCB規(guī)則和約束編輯器”中找到導(dǎo)線寬度規(guī)則將其修改即可。具體操作如下：設(shè)計(jì)→規(guī)則，打開“PCB規(guī)則和約束編輯器”找到DesignRules→Routing→width。將其最小線寬和最大線寬做相應(yīng)的修改即可解除錯(cuò)誤。因此，規(guī)則是十分重要的，必須熟悉“PCB規(guī)則和約束編輯器”中的各項(xiàng)參數(shù)的含義。(5)補(bǔ)淚滴設(shè)置一切工作做完之后，便可對(duì)整個(gè)PCB圖補(bǔ)淚滴以加固焊盤。可以通過執(zhí)行選項(xiàng)命令工具→淚滴來進(jìn)行設(shè)置。四、設(shè)計(jì)結(jié)果與分析4.1設(shè)計(jì)結(jié)果(1)PCB圖(2)原理圖4.2結(jié)果分析由PCB圖可以看出，PCB板的長(zhǎng)為110mm，寬為73mm，采用的是雙面板布線，頂層為紅線，底層為藍(lán)線，圖中的走線幾乎都是以芯片ATmega1280為核心，從始至終都圍繞著它進(jìn)行布局布線，所以這些地方打的過孔也比較多，圖中有些元件相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致兩個(gè)焊盤之間的距離較遠(yuǎn)，所以有些導(dǎo)線拉的很長(zhǎng)，但在布線時(shí)，也已盡最大的努力來避免類似的情況發(fā)生。圖中的另一個(gè)特點(diǎn)是走線的粗細(xì)不同，即地線>電源線>信號(hào)線。這種關(guān)系牽涉到一個(gè)很重要的問題，既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源線、地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以我們對(duì)電源線、地線的布線非常慎重，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：通常信號(hào)線寬為：0.2~0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05~0.07mm,電源線為1~2.5mm，以使電源線、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證板子的質(zhì)量。PCB圖畫出之后，原理圖的繪制問題也就迎刃而解，總體來看，本設(shè)計(jì)所用到的元件并不多，主要有ATmega1280、FT232RL、L298N、FT232RT等。在繪制原理圖時(shí)，可以用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)代替導(dǎo)線，將整個(gè)電路模塊化，這里將其分為5個(gè)模塊，顯得簡(jiǎn)單、明了。五、設(shè)計(jì)體會(huì)剛剛拿到板子的那一刻起，給我的第一印象就是全是密密麻麻的走線，腦子里一團(tuán)霧水，仔細(xì)一看板子，發(fā)現(xiàn)上面的元器件大部分都標(biāo)著名稱，于是我們就以這個(gè)線索為著眼點(diǎn)，開始搜集相關(guān)的信息。比如ATmega1280、FT232RT、LM2576、L298N，這些元器件都是我們?cè)谡n堂上沒有接觸過的，如果不把這些芯片的管腳功能及個(gè)數(shù)弄清楚，在布局布線時(shí)很容易出錯(cuò)。當(dāng)我們把陌生的元件資料搜集好之后，便開始利用ProtelDXP軟件建立元件庫和封裝庫，封裝的尺寸可用尺子在PCB板子上測(cè)量出來，元件庫中所畫元件的尺寸，能保證和原理圖中的其他元件相匹配就可以了。有些元件的封裝在庫中也能找到，但是我們還是要以實(shí)物為準(zhǔn)，建立一個(gè)屬于自己的庫，只有這樣，才能為后續(xù)的布線工作做好充分的準(zhǔn)備?；A(chǔ)工作做好之后，我們就進(jìn)入了一個(gè)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)——添加元件和網(wǎng)絡(luò)連接，這是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù)，需要對(duì)板子進(jìn)行仔仔細(xì)細(xì)的觀察，不可放過和漏掉一條走線，由于要抄畫的板子是雙面板，所以兩面都有走線，這也為設(shè)計(jì)增添了不少障礙，只考人眼是不行的，這時(shí)萬用表便成了不可或缺的工具。確定了兩個(gè)元件之間的連接關(guān)系后，我們要人為的添加網(wǎng)絡(luò)連接，這一點(diǎn)老師在課堂上是強(qiáng)調(diào)過的，但是由于隔的時(shí)間比較久，我們都有些生疏了，幸虧課本上有相關(guān)步驟和方法，我們這才一步步的做出了所有元件的網(wǎng)絡(luò)連接。整個(gè)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一塊兒要數(shù)布線了，雙面板與單面板相比要容易一些，這其中少不了的是過孔，它的作用是連通各層之間的線路，當(dāng)從頂層過度到底層時(shí)，一定不能忘記放過孔。雖