Protel Dxp2004考證指南(6).docVIP

第17頁第六章 項目4四位動態(tài)顯示數(shù)字表電路板設(shè)計 如何在原理圖編輯器放置元件時選擇、編輯和追加封裝？ PCB板為何有分層的概念？它們究竟代表什么含意？ 如何進行手工布線操作？手工布線需要注意哪些事項？6.1 電路原理圖設(shè)計6.1.1 放置元器件（1）、放置電阻時封裝的選擇、編輯和追加在一節(jié)，以電阻為例詳細介紹了元器件屬性編輯對話框，雖然它的信息量相當大、含蓋的內(nèi)容龐雜，但是對于初級用戶而言真正需要編輯的欄目卻只有簡單的幾項，比如標識符、注釋和封裝等。如圖6.1.1是圖4.1.3的局部,【Models for R?-Res2】包括3類選項：Simulation（仿真）、Signal integrity（信號完整性）、Footprint（封裝），你可以對任何一項進行【追加】、【刪除】和【編輯】。對初級用而言，前兩項暫不考慮，本節(jié)我們專門學(xué)習(xí)第三項元件封裝。元件封裝選項包含名稱、類型和描述，三者合為一體對元器件進行完整的描述和說明。 名稱 AXIAL-0.4電阻封裝之一的叫法。工程上有多種類型可供選擇，比如直插類型AXIAL-0.2 、AXIAL-0.3 、AXIAL-0.4為軸向封裝，它們兩焊盤間距分別為200mil、300mil和400mil；貼片封裝類型CR1608-0603，體積尺寸為1.6 mm（長）x 0.8 mm（寬）。一般來說元件類型不同封裝類型也不相同，特別情況下也有相同的，比如貼片電阻和貼片電阻可以用相同封裝，直插電感和直插電阻夜可以用相同封裝，雙運算放大器4558和555定時器都可以用DIP8封裝等。 類型 Footprint封裝之意，以區(qū)別于Simulation和Signal integrity。 描述 Resistor；2Leads對封裝進行具體說明。圖6.1.1 Res2電阻屬性編輯對話框（局部）單擊【追加】彈出對話框，如圖6.1.2（若下拉Footprint會展出4個選項：Footprint、Simulation、PCB3D和Signal integrity）。單擊【確認】彈出對話框，如圖6.1.3。 圖6.1.2 追加元件新的模型 圖6.1.3 PCB模板 單擊【瀏覽】彈出庫瀏覽對話框，如圖6.1.4，它是系統(tǒng)自動加載的元件庫Miscellaneous Connectors.IntLib Footprint View，F(xiàn)ootprint View表示當前為封裝瀏覽之意，窗口右側(cè)顯示該庫的第一個元件封裝。圖6.1.4 Miscellaneous Connectors.IntLib 封裝瀏覽下拉后面按鈕選擇Miscellaneous Devices.IntLib Footprint View，如圖6.1.5。配合鍵盤瀏覽庫中所有元件封裝，你可以根據(jù)實際情況選擇其它的電阻封裝類型。圖6.1.5 Miscellaneous Devices.IntLib封裝瀏覽圖6.1.4和圖6.1.5顯示元件列表分別為181items和150 items（items部件）。然而，在一節(jié)，大家知道這兩個庫的元件數(shù)量分別為182和196，為什么他們的總數(shù)不一樣多呢？是的！這就是前面介紹過的不同的元件可以用同一種封裝結(jié)果。有興趣的讀者可以查一查，在Miscellaneous Devices.IntLib庫中，元件PNP2和NPN2的封裝都是BCY-W3（具體描述TO, Flat Index；3 In-Line, Axial Leads；Body Dia. 4.8mm；Leads 0.55 x 0.51 mm (max)），因此封裝數(shù)量一般會小于元件數(shù)量。好！接著圖6.1.5繼續(xù)講述。配合鍵盤瀏覽庫中所有元件封裝，選擇封裝類型AXIAL-0.3（個頭比AXIAL-0.4小點），如圖6.1.6。圖6.1.6 尋找封裝AXIAL-0.3單擊【確認】對話框回退到如圖6.1.3，區(qū)別只是在【選擇的封裝】區(qū)域出現(xiàn)AXIAL-0.3的視圖，如圖6.1.7。圖6.1.7 追加封裝模板AXIAL-0.3繼續(xù)單擊【確認】對話框回退到如圖6.1.1，區(qū)別只是在AXIAL-0.4 位置出現(xiàn)AXIAL-0.3，但是AXIAL-0.4被沒有消失，下拉按鈕就可見到，如圖6.1.6。圖6.1.6 Res2電阻追加封裝AXIAL-0.3也就是說電阻被賦予（AXIAL-0.3）和 （AXIAL-0.4）兩個封裝類型，至于你喜歡用哪種，可隨在圖6.1.6窗口做出選擇。元件封裝【刪除】操作方法非常簡單，單擊【刪除】即刻完成。元件封裝【編輯】操作方法同【追加】類似，但是它只能單項選擇，封裝要么為AXIAL-0.3，要么為AXIAL-0.4，要么為AXIAL-0.5說明1、元件封裝【追加】操作方法和過程是ProtelDxp2004系統(tǒng)中比較復(fù)雜的操作，包括圖6.1.2在內(nèi)共有四層嵌套窗口。2、元件封裝【追加】只對當前編輯元件有效，其它已經(jīng)放到工作區(qū)的元件封裝并沒有改變。若想讓其它同類元件都是如此封裝，一般有兩種方法：一是把【追加】封裝的元件復(fù)制，然后更改序號和參數(shù)；二是刪除其它同類元件，在封裝【追加】操作完成后連續(xù)放置，系統(tǒng)默認后者同前者。3、建議考證時采用常見封裝，比如電阻最好采用貼片CR1608-0603，直接型號以AXIAL-0.3為首選，AXIAL-0.5以上體積太大，占用太多電路板；無極性電容采用貼片CR1608-0603，或RAD-0.2以下，RAD-0.2上體積太大；電解電容可供選擇的封裝很多，如圖6.1.7。 在放置電解電容時按【Tab】彈出元件屬性對話框，下拉封裝【名稱】，如圖6.1.8，你可以根據(jù)具體情況選擇不同體積大小的電解電容了。一般來說考證時采用小體積封裝，實際工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境而定，比如作電源濾波時要用大個頭的、信號旁路時用較小封裝。4、不能采用錯誤封裝，比如把無極性電容封裝搞成電解電容封裝，把12腳的集成電路搞成DIP14等。圖6.1.8 電解電容封裝預(yù)覽5、上述過程雖然對放置電阻時封裝的選擇、編輯和追加，這個操作步驟同樣適合于其它多封裝元件類型，比如無極性電容、電解電容和集成電路等。（2）、放置晶體晶體是Miscellaneous Devices.IntLib庫中最后一個器件，名稱為XTAL，放置時把注釋改為“12MHz”。由晶體屬性對話框可知它的封裝類型為BCY-W2/D3.1，具體描述是（Crystal, Thru-Hole; 2 Leads; Body 3.1 x 8.2 mm (Dia.xH)）解釋為晶體，穿孔；2只腳；主體3.1 x 8.2 mm。（3）、放置數(shù)碼管數(shù)碼管在Miscellaneous Devices.IntLib庫中，輸入【DYP】配合鍵盤 查找，庫中有幾種類型，如圖6.1.9(a)是兩種不同的數(shù)碼管但封裝相同，都為LEDDIP-10/C5.08RHD（LED, 7-Segment Display, 7.62 mm, RHD; 10 Leads; Row Space 5.08 mm; Pitch 2.54 mm）。圖6.1.9(b) 是另外兩種不同的數(shù)碼管，也是封裝相同，都為LEDDIP-10/C15.24RHD（LED, 7-Segment Display, 14.2 mm, RHD; 10 Leads; Row Space 15.24 mm; Pitch 2.54 mm）。從具體封裝信息可以看出，后者的主體體積大約是前者的3倍。 圖6.1.9(a) 數(shù)碼管封裝LEDDIP-10/C5.08RHD 圖6.1.9(b) 數(shù)碼管封裝LEDDIP-10/C15.24RHD（4）、放置按鍵開關(guān)按鍵開關(guān)在Miscellaneous Devices.IntLib庫中，輸入【S】配合鍵盤 查找。按鍵開關(guān)的封裝類型為SPST-2（Circuit Breaker; 2 Leads），如圖6.1.10。這個封裝和大家常見四腳按鈕開關(guān)不一樣，也許是特別場合下使用的某種開關(guān)吧，中級考證時姑且用之，在高中級考證章節(jié)，我們再專門認識和學(xué)習(xí)真正的四腳按鈕開關(guān)是什么樣子的！圖6.1.10 按鍵開關(guān)的封裝6.2 印刷電路板設(shè)計6.2.1 自動布線執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【Import Changes From CDY.PRJPCB】彈出窗口，單擊【執(zhí)行變化】執(zhí)行元器件鏈接、驗證，屏幕顯示著滾動內(nèi)容，結(jié)束時會有出錯警告標志，如圖6.2.1。圖6.2.1 工程變化訂單出錯警告觀察出錯項目都是RP1，單擊【關(guān)閉】，元件全部調(diào)進PCB編輯器，查找RP1發(fā)現(xiàn)它一只引腳也沒有，如圖6.2.2。一般來說，這是系統(tǒng)鏈接出錯造成的。刪除現(xiàn)有RP1封裝，重新加載網(wǎng)絡(luò)表完全正確。圖6.2.2 RP1封裝鏈接出錯執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【PCB板層次顏色】，在有關(guān)選項把【DRC Error Markers】去掉鉤選不要警告顏色（依個人的喜好可做可不做）。按試題要求把所有器件布置好，具體方法參考4.2.3。加寬電源線設(shè)置，電源線GND和+5V為40mil，然后自動布線，完成的PCB板如圖6.2.3。觀察圖6.2.3我們發(fā)現(xiàn)電腦自動布線的并盡不如人意，怎么樣能把它們改的美觀一些呢？問得很好！這就是手動布線操作人工方法調(diào)整布線。實際上，（包括筆者在內(nèi)）PCB板設(shè)計工程師在實際繪制電路板時基本都采用手動布線，自動布線只是手動布線前的粗略觀察走線疏密的參考而已！圖6.2.3 完成的PCB板6.2.2 認識PCB板層的概念在手動布線之前，我們先來認識PCB板層的概念。執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【PCB板層次顏色】彈出窗口，如圖6.2.4。這個窗口的內(nèi)容非常龐雜，對初學(xué)者而言是有點難度，但是窗口的內(nèi)容又非常重要，大家又必需要正確認識、熟練掌握。筆者把它的內(nèi)容安排在這里介紹，也是考慮到大家對電路板的認識已經(jīng)有一個基本的認識，在此基礎(chǔ)上講解也許容易理解和接受。（1）、信號層 Top Layer 頂層 Bottom Layer 底層所謂信號頂層/底層，就是電路板銅箔所在層。對于雙面板而言，由于它的上下兩面都要走線，所以，信號頂層/底層在雙面板中同時存在、缺一不可；對于單面板而言，由于它的上面不走線，因此單面板只有信號底層。它們后面的【顏色】可以由你任意更改。更改要注意兩點：一、兩層的顏色不能相同，否則不容易分辯；二、任意層的顏色都不能與背景顏色相同，下同。它們后面的“鉤號”是該層的開關(guān)有“鉤號”該層打開，否則關(guān)閉，關(guān)閉狀態(tài)該層不能布線，下同。附加選項【只顯示圖層堆棧中的層】用于多層板設(shè)計，在此從略。圖6.2.4 PCB板層和顏色編輯對話框（2）、屏蔽層 Top Paste/ Top Solder 頂層阻焊層/頂層錫膏層 Bottom Paste / Bottom Solder 底層阻焊層/底層錫膏層所謂頂層（底層）阻焊層是在信號走線上涂一層阻焊材料，比如銅箔走線覆蓋的綠油就屬于阻焊層；所謂頂層（底層）錫膏層是在貼片元件焊盤和直插焊盤上不涂阻焊材料反而涂上焊錫以增大可焊性。比如圖6.2.3中排阻RP1的焊盤位于頂層，與頂層的信號銅箔走線顏色一樣，但制板時RP1焊盤需要涂上焊錫增大可焊性（助焊），但是銅箔走線卻要涂上綠油（阻焊）。阻焊層和錫膏層是對應(yīng)關(guān)系、功用相反。實際工程中需要設(shè)計者留意或特別設(shè)置，對初級用戶來說最好關(guān)閉之。（3）、絲印層 Top Overlay 頂層絲印層 Bottom Overlay 底層絲印層它們分別是對應(yīng)放置于頂層和底層的元器件的標識符（序號），由制板廠家用白漆或黑漆印刷在PCB板的上下兩面（一般來說要放置在元件旁邊），便于生產(chǎn)、維修時定位和查找元件。有時，設(shè)計者會在這兩層放置元器件參數(shù)或字符串，比如設(shè)計者或廠家的名子、版本號、日期等信息。（4）、內(nèi)部電源/接地層用于多層板設(shè)計，在此從略。（5）、其它層 Drill Guide 鉆孔引導(dǎo)層 Keep-out layer 禁止布線層 Drill Drawing 鉆孔繪圖層 Multi-layer 多層對一般用戶來說，鉆孔引導(dǎo)層和鉆孔繪圖層極少涉及，包括筆者設(shè)計都幾無用之，在此從略。禁止布線層定義在一個封閉框里，系統(tǒng)執(zhí)行自動布線時，能對封閉框內(nèi)電路進行布線，封閉框外禁止布線。在Protel99se系統(tǒng)里，用禁止布線層畫的框不封閉就不能自動布線，在ProteDxpl2004改善了這個限制不畫框也能自動布線，不知為何這樣設(shè)置？Multi-layer之所以稱為多層，是它穿越所有電路板層，因此有時也稱其為復(fù)合層。一般地說它專屬于直插元件的焊盤。（6）、機械層機械層總共有十六層，對初級用戶來只用第一層就可以了，制板廠家用來確定電路板幾何尺寸的層（當然，既使該層關(guān)閉只要Keep-out layer層打開，廠家仍然能確定電路板的尺寸）。需要指出的是，系統(tǒng)默認的Keep-out layer和Mechanical 1層的顏色一樣，讀者在設(shè)計時切加留意。（7）、系統(tǒng)顏色 Connections and From Tos 鼠線（網(wǎng)絡(luò)連線，還未布線的狀態(tài)），如圖6.2.5。圖6.2.5 鼠線 DRC Error Markers 出錯標志（已多次講過）； Selections 物件選定后的顏色，該項沒有關(guān)閉功能，只能改變顏色，如圖6.2.6。圖6.2.6 物件選定顏色 Visible Gird 1 Visible Gird 2執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【PCB板選擇項】，彈出窗口，如圖6.2.7，在【可視網(wǎng)格】欄目有【網(wǎng)格1】和【網(wǎng)格2】，它們的網(wǎng)格間隔分別為5mi和100mil，配合鍵盤PgUp、PgDn就能見到它們的顯示效果。在【可視網(wǎng)格】下面還有【標記】，你可下拉展開、選擇“線型”或“點型”格柵。圖6.2.7 PCB板選擇項 Pan Holes Via Holes 焊盤孔洞和過孔孔洞焊盤是直插元件焊接點，它由鍍錫的圓環(huán)銅箔和機械鉆孔組成。機械鉆孔就是插裝元件管腳地孔洞，雙面板的機械鉆孔內(nèi)壁會鍍上一層銅箔，單面板來卻沒有。圓環(huán)銅箔用于焊接元件管腳，特別是單面板，圓環(huán)銅箔越寬焊接越牢固，反之則比較容易脫焊。過孔是銅箔走線穿越電路板到另一面繼續(xù)走線這一“穿越”過程形成的孔洞，因此過孔只存兩層以上的電路板板中（單面板只有單層銅箔走線，不存在過孔）。它也像焊盤一樣由鍍錫的圓環(huán)銅箔和機械鉆孔組成，機械鉆孔內(nèi)壁會被鍍上一層銅箔否則就不可能導(dǎo)電。一般來說過孔的穿孔直徑遠小于焊盤的穿孔直徑不需要插裝元件，所以整個過孔的直徑也遠小于焊盤，如圖6.2.8(a)為穿孔關(guān)閉狀況，圖6.2.8(b) 為穿孔打開狀況，這時你很容易觀察到穿孔相對于焊盤或過孔的大小比例。 圖6.2.8(a) 關(guān)閉顯示穿孔的焊盤和過孔 圖6.2.8(b) 打開顯示穿孔的焊盤和過孔 Highlight color 高亮顏色 Board Line color 設(shè)計板邊界線條的顏色 Board Area color 設(shè)計板的背景顏色設(shè)計板的背景顏色是指由菜單命令【設(shè)計】/【PCB板形狀】定義的設(shè)計工作區(qū)，一般來說設(shè)計工作區(qū)要比電路板大。 Sheet Line color 設(shè)計圖紙邊界線條的顏色 Sheet Area color 設(shè)計圖紙背景的顏色 Workspace Start color 空白工作區(qū)開始的顏色 Workspace End color 空白工作區(qū)結(jié)束的顏色讀者可以自己嘗試分別修改，然后觀察體驗之。實際工作中【系統(tǒng)顏色】一般不需要更改，因此建議讀者默認系統(tǒng)設(shè)置。說明圖6.2.4設(shè)置是對具體的PCB板而定義的，每個PCB板都可單獨設(shè)置，因此，當同時打開多個不同PCB板時，圖6.2.4顯示的PCB板層和顏色編輯對話框里定義可以完全不同這就是PCB板的個性化設(shè)置，每個人喜歡的顏色和打開層各不相同嗎！比如筆者一般都會把DRC Error Markers關(guān)掉，只是在特別情況觀察某些問題打開一會兒，看了之后再關(guān)閉。6.2.3 手工布線好了！對于 PCB板層的概念，這里我們已經(jīng)介紹了相當多的內(nèi)容，下面開始介紹手工布線。用【配線】工具欄第一個命令（當鼠標靠近顯示“交互式布線”）就可以布線?！九渚€】工具欄如圖6.2.9。說明圖6.2.9 配線工具欄圖2.1.13和圖6.2.9雖然都叫【配線】工具欄，但是它們所處的編輯環(huán)境不同，一個原理圖編輯器，一個PCB圖編輯器，所以它們所代表意義和操作結(jié)果也不相同。（1）、單層正常布線緊接上面講述，執(zhí)行“交互式布線”時鼠標處于待命狀態(tài)，移動鼠標到某個焊盤或?qū)Ь€、單擊左鍵即為布線的起始點，拖動鼠標在需要拐彎時再單擊左鍵，到達正確的目標位置后再雙擊左鍵即可完成布線該點為布線的終止點，如圖6.2.10。圖6.2.10 手工布線（2）、異名網(wǎng)絡(luò)阻止布線ProtelDxp2004系統(tǒng)嚴密規(guī)則約束著不同網(wǎng)絡(luò)的信號絕對不能短路布線，也就是上面提到的“到達正確的目標位置后”，如果到達或經(jīng)過異名網(wǎng)絡(luò)，你甭想放下導(dǎo)線，因此，ProtelDxp2004系統(tǒng)的嚴密性保證了無論多么復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)采用手工布線都不會出差錯。如圖6.2.11，經(jīng)過異名網(wǎng)絡(luò)禁止走線。圖6.2.11 阻止異名網(wǎng)絡(luò)布線（3）、換層布線方法同（1）單層正常布線差不多。若需要換層，只需在布線時配合數(shù)字鍵盤的“+、-”號即可把布線切換到另外一層。如圖6.2.12。兩個網(wǎng)絡(luò)為P22過孔是換層布線時系統(tǒng)自動追加的。至于過孔為何是這般大小、形狀，它們與導(dǎo)線一樣是系統(tǒng)默認的（參見表5.1.2）。雙擊可以更改之，不過更改的只是當前個體，若想更改全部過孔，就要在布線之前，先由圖5.1.15統(tǒng)一約定了！ 圖6.2.12 換層布線讀者可能會問：在手工布線中，若覺得剛布下的導(dǎo)線位置不合適，怎么撤消它呢？答：很簡單！用鍵盤【Backspace】鍵（回格）。若覺得已經(jīng)完成的導(dǎo)線位置不合適，怎么處置它呢？答：很簡單！按【Delete】鍵刪除、重新布線。說明1、無論當前激活的是哪個工作層，只要執(zhí)行“交互式布線”，鼠標待命，點擊某根導(dǎo)線，系統(tǒng)立即切換到導(dǎo)線所在的層變?yōu)楫斍皩?，并對該?dǎo)線進行步線。2、無論當前層為哪個層，只要執(zhí)行“交互式布線”鼠標待命，一旦點擊多層（Multi-layer）焊盤系統(tǒng)立即切換到信號頂層，并對該導(dǎo)線進行步線。3、當前層為信號頂層（或信號底層）時，執(zhí)行“交互式布線”鼠標待命，點擊信號底層（或信號頂層）某根導(dǎo)線系統(tǒng)不能切換層、也不能步線，只能畫出無網(wǎng)絡(luò)雜項導(dǎo)線。手工步線完成后再對頂層、底層覆銅，覆銅完成后效果如圖6.2.13。圖6.2.13 自動+手工布線+覆銅（頂層觀察）效果圖6.3 制作原理圖元件和元件封裝若要制作原理圖元件和元件封裝，首先就要新建原理圖庫文件和PCB庫文件。關(guān)于如何新建這兩個文件，請讀者參閱3.3開篇的內(nèi)容。6.3.1制作原理圖元件觀察試題之附圖二，讀者看它像不像電動機？！制作這個器件一般有兩種方法：第一種是直接法；第二種是間接法。（1）、直接法進入原理圖庫編輯環(huán)境，在右側(cè)（元件）編輯區(qū)，有一個大“十字”線，顏色較其它線更黑，它把編輯區(qū)分成對稱的四個象限。 畫圓圈用【實用工具】欄命令，以坐標原點為圓心畫一個圓圈，不封閉也不要緊，雙擊彈出編輯對話框，把有關(guān)數(shù)據(jù)更改為如圖6.3.1。圖6.3.1 編輯圓圈這個操作可以在畫圓的同時按【Tab】調(diào)出對話框，對線寬、X半徑、Y半徑、起始角、結(jié)束角線和顏色進行更改。 畫線條用【實用工具】欄“畫線”命令，在圓圈兩側(cè)畫出剩余線條，注意線條所占的縱、橫格數(shù)。 放置引腳執(zhí)行菜單