FM收音機(jī)印制電路板的設(shè)計(jì).doc

FM收音機(jī)印制電路板的設(shè)計(jì)一、 FM收音機(jī)印制電路板的設(shè)計(jì)。必需的預(yù)備知識(shí)：1、 印制電路板的定義、制作方法。P197中2、 Protel99 SE PCB的啟動(dòng)及界面認(rèn)識(shí)。P199-2023、 Protel99 SE PCB 基本操作。P202-2224、 布線及布線規(guī)則。P266-2675、 PCBLib編輯器的啟動(dòng)及界面認(rèn)識(shí)。P316319元器件封裝的創(chuàng)建：所謂元件封裝圖形，就是元件外輪廓形狀及引腳尺寸，它由元件引腳焊盤(pán)大小、相對(duì)位置及安裝時(shí)在元件面投影的外輪廓形狀、尺寸等部分組成。反映元件安裝時(shí)的真實(shí)情況所占板面位置的形狀及大小、焊盤(pán)大小及位置。但是，在Advpcb.ddb和Miscellaneous.ddb兩個(gè)設(shè)計(jì)文件包內(nèi)，都找不到除三極管Q1、Q2和集成電路CD9088CB以外的封裝圖形（P208-209），所以，我們首先要?jiǎng)?chuàng)建自己的元件封裝圖形庫(kù),才能進(jìn)行印制板的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。1、 在Documents文件夾里面創(chuàng)建一個(gè)自己的元件封裝圖形庫(kù)文件（PCB Library Document）MYPCBLIB.LIB并打開(kāi)。P3162、 我們先來(lái)創(chuàng)建耳機(jī)插座的封裝：a. 按元件列表窗下的“Rename”進(jìn)行元件重命名“耳機(jī)插座”。b. 按主工具欄中的鍵，設(shè)定捕捉柵格寬度為10mil。1000mil=1英寸=2.54cmc. 單擊ToolsLibrary命令，選Layers標(biāo)簽，如圖9勾選， OK。 圖9d. 適當(dāng)放大繪圖區(qū)，單擊“EditSet ReferenceLocation”命令，移動(dòng)光標(biāo)，設(shè)定坐標(biāo)原點(diǎn)，或單擊“EditJumpReference”命令，跳轉(zhuǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)。e. 利用繪圖工具條，先放置焊盤(pán)，直徑100mil（在焊盤(pán)定位之前，按鍵盤(pán)Tab鍵，進(jìn)入焊盤(pán)屬性對(duì)話框，把“X-Size”和“Y-Size”分別改成100mil）。再切換到TopOverlLayer層，放置元件的外輪廓線，最后切換到KeepOutLayer層，放置固定圓孔，半徑20mil（放置圓圈時(shí)，其操作順序是先確定圓心位置，然后是半徑長(zhǎng)度，再就是起點(diǎn)和終點(diǎn)）。如圖10，其中尺寸都是按實(shí)際元件的尺寸測(cè)量出來(lái)的。請(qǐng)大家精細(xì)繪制。每小格20mil，注意原點(diǎn)所在的位置。線寬可取510mil。f. 耳機(jī)插座封裝繪制完畢，存盤(pán)。3、 接著繪制開(kāi)關(guān)電位器封裝：a. 單擊ToolsNew Component命令，出現(xiàn)一個(gè)元件創(chuàng)建向?qū)Вc(diǎn)擊其“Cancel”按鈕，放棄使用向?qū)?。b. 元件重命名為“開(kāi)關(guān)電位器”，繼續(xù)完成繪制，焊盤(pán)直徑100mil，如圖11。注意：大小圓圈都要放置在KeepOutLayer層上，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電位器安裝時(shí)要打一個(gè)大圓孔，其上禁止布線，其中小圓圈是為打大孔時(shí)定位用的。圓心都在原點(diǎn)。 圖104、 繪制按鍵開(kāi)關(guān)封裝： 如3、中的方法，繼續(xù)繪制按鍵開(kāi)關(guān)，元件重命名為“按鍵開(kāi)關(guān)”，焊盤(pán)直徑為70mil，如圖12。注意：中心圓圈代表按鈕，外框內(nèi)的兩橫線代表按鍵開(kāi)關(guān)內(nèi)部引腳“1”和“4”短路，“2”和“3”短路，都在TopOverLayer層上。5、 繪制變?nèi)荻O管封裝如圖13：元件重命名為“變?nèi)荻O管”，焊盤(pán)直徑70mil。注意：帶“+”號(hào)一端焊盤(pán)必須編號(hào)為“1”，因?yàn)檎鎸?shí)變?nèi)荻O管這端為正極，而原理圖中變?nèi)荻O管電氣圖形符號(hào)（BB910）的正極編號(hào)為“1”。在根據(jù)各引腳功能不同的真實(shí)元件而繪制出來(lái)的元件封裝圖形中，各焊盤(pán)就被分別賦予了與其位置對(duì)應(yīng)的真實(shí)元件引腳所具有的功能（如正極，負(fù)極，E極，B極等），而原理圖中相應(yīng)元件的電氣圖形符號(hào)在其被繪制時(shí)各引腳已經(jīng)分別賦予了不同的功能，那么，具有相同功能的元件封裝圖形中的焊盤(pán)與電氣圖形符號(hào)中的引腳，它們的編號(hào)必須相同。否則在電路板的繪制過(guò)程中會(huì)帶來(lái)違反原理圖的連接錯(cuò)誤。圖11 圖12 圖13圖146、 繪制臥式電解電容封裝，如圖14：重命名為“臥式電解電容器”，焊盤(pán)直徑70mil。注意：該封裝正極編號(hào)為“1”。7、 繪制立式電阻封裝，如圖15：命名為“立式電阻”，帶圈焊盤(pán)，表示元件安裝時(shí)該端要貼板安裝。8、 繪制瓷片電容（圖16）、線圈（圖17）和燈（圖18）的封裝：分別命名為 “瓷片電容”，“線圈”和 “燈”、焊盤(pán)直徑70mil。注意：燈封裝的方框是放置在KeepOutLayer層上。 圖15 圖16 圖17 圖18至此，我們把要用到的元件封裝都創(chuàng)建好了，下面，我們開(kāi)始印制電路板的設(shè)計(jì)。印制電路板的設(shè)計(jì)：1、 在原理圖.Sch中給各元件指定采用的封裝。a. 雙擊元件，進(jìn)入元件屬性對(duì)話框，在Footprint框內(nèi)填上所需的封裝名字，參考圖19。 圖19b. 對(duì)于同類元件（如瓷片電容CAP），可采用統(tǒng)一填寫(xiě)的方法，又快又好。P114-116c. 填寫(xiě)完以后，生成一個(gè)材料清單，如圖19，檢查有無(wú)漏填、錯(cuò)填或其它項(xiàng)目有錯(cuò)。2、 在Documents目錄下，建立一個(gè)PCB設(shè)計(jì)文件收音機(jī).PCB，并作適當(dāng)設(shè)置。a. 創(chuàng)建 收音機(jī).PCB 并打開(kāi)。P200-202b. 設(shè)置工作層，執(zhí)行DesignOptions命令，選Layers標(biāo)簽，如圖20設(shè)置。P202205圖20c. 設(shè)置元件移動(dòng)步距、畫(huà)線移動(dòng)步距、電氣柵格大小，執(zhí)行DesignOptions命令，選Options標(biāo)簽，如圖21設(shè)置。圖21d. 元件封裝庫(kù)的裝入，如圖22。P208-209C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPCBGeneric Footprints 圖22e. 執(zhí)行DesignRules命令，設(shè)置布線規(guī)則。P268274Clearance Constraint（安全間距）：20milRouting Corners（拐角模式）：45DegreesRouting Layers（布線層及走線方向）：關(guān)閉Top Layer（選Not Used） 全開(kāi)Bottom Layer（選Any）Width Constraint（布線寬度）：20milf. 設(shè)置元件旋轉(zhuǎn)步角度為10及其它設(shè)定，執(zhí)行ToolsPreferences，選Options標(biāo)簽，如圖23設(shè)置。P206-2083、 在編輯區(qū)內(nèi)畫(huà)一個(gè)電路板的邊框。P239-241a. 切換到KeepOutLayer層，適當(dāng)放大繪圖區(qū)，設(shè)定坐標(biāo)原點(diǎn)，光標(biāo)所在位置的坐標(biāo)顯示在窗口左下角。圖23b. 單擊“導(dǎo)線”工具，通過(guò)不斷重復(fù)“單擊、移動(dòng)”操作方式畫(huà)出一個(gè)封閉的多邊形框。導(dǎo)線的線寬10mil，起點(diǎn)是原點(diǎn)，其它點(diǎn)坐標(biāo)如下，單位是mil：（0，0）、（170，0）、（170，60）、（400，60）、（400，0）、（1050，0）、（1000，300）、（800，950）、（600，1200）、（350，1350）、（350，1350）、（600，1200）、（800，950）、（1000，300）、（1050，0）、（400，0）、（400，60）、（170，60）、（170，0）、（0，0）。c. 畫(huà)出電路板的邊框如圖24。圖244、 通過(guò)“更新”方式實(shí)現(xiàn)原理圖文件與印制板文件之間的信息交換。P234-239a. 在原理圖編輯狀態(tài)下，執(zhí)行“DesignUpdate PCB”命令。b. 在“Update Design”對(duì)話框中，把Classes欄兩個(gè)勾選取消。c. 一定要先預(yù)覽更新情況，單擊“Preview Change”按鈕，觀察是否有錯(cuò)誤提示，如果有，必須認(rèn)真分析錯(cuò)誤提示信息，找出錯(cuò)誤原因，并單擊“Cancel”按鈕，放棄更新，返回原理圖編輯狀態(tài)，改正后再執(zhí)行更新操作，直到?jīng)]有錯(cuò)誤提示信息為止。（常見(jiàn)出錯(cuò)信息、原因以及處理方式見(jiàn)P236）d. 執(zhí)行更新，單擊“Execute”按鈕。e. 切換回收音機(jī).PCB文件，單擊即可觀察到被裝進(jìn)去的元件封裝。5、 將印制板布線區(qū)外的元件移到區(qū)內(nèi)。a. 執(zhí)行ToolsAuto Place命令，作如圖25選擇，按OK。 圖25b. 把未能移到區(qū)內(nèi)的元件，手動(dòng)移到區(qū)邊。6、 元件位置調(diào)整。a. 雙擊任一元件，在元件屬性對(duì)話框中，單擊統(tǒng)一修改按鈕“Global”，先暫時(shí)隱藏元件的元件值字符串（選Comment標(biāo)簽，勾選兩個(gè)“Hide”框），同時(shí)修改其大小（Height框填30mil，Width框填5mil，并勾選右邊Height框和Width框），再修改元件編號(hào)字符串大小（選Designator標(biāo)簽，Height框填30mil，Width框填5mil，并勾選右邊Height框和Width框）。按OK。b. 在右邊瀏覽窗選“Components”為瀏覽對(duì)象。c. 因?yàn)樯婕鞍惭b時(shí)與外殼匹配，某些元件需要精確定位。在右邊元件列表窗雙擊某一元件，進(jìn)入元件屬性對(duì)話框，對(duì)某些元件進(jìn)行精確定位（修改屬性參數(shù)，并勾選“Locked”框以鎖定元件位置）。以下為一些元件位置的精確坐標(biāo)： 螺絲孔圓屬性d. 利用旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)操作對(duì)其余元件進(jìn)行恰當(dāng)定位，盡量減少交叉飛線的數(shù)目和長(zhǎng)度，這是一個(gè)需要細(xì)致和耐心并且非常重要的操作過(guò)程，參照?qǐng)D26（其中有幾個(gè)元件的焊盤(pán)位置已經(jīng)過(guò)微調(diào)，見(jiàn)e.）。當(dāng)然，提倡同學(xué)們發(fā)揮自己的聰明才智，把元件定位得更好。 圖26e. 在定位過(guò)程中，有些元件變成綠色，那是對(duì)元件靠得太近的錯(cuò)誤標(biāo)志，如果元件沒(méi)有重疊（CD9088CB安裝在BottomLayer層，而其它元件在TopLayer層，不算重疊），不影響安裝，焊盤(pán)間有足夠的安全間距，可不以理會(huì)。但如果安全間距不足，則需要調(diào)整元件位置或微調(diào)焊盤(pán)位置。微調(diào)元件焊盤(pán)位置的方法：打開(kāi)元件屬性對(duì)話框，取消“Lock Prims”框的勾選，即可單獨(dú)移動(dòng)元件焊盤(pán)位置。不過(guò)，移動(dòng)時(shí)一定要考慮元件因此安裝的可行性、安全性。移動(dòng)完再勾選上“Lock Prims”框。不能單獨(dú)移動(dòng)集成塊、耳機(jī)插座等引腳較短元件的焊盤(pán)，否則會(huì)造成元件無(wú)法安裝。如圖26中，已經(jīng)微調(diào)焊盤(pán)位置的元件有：L3、C8、C14、C11、SP1（見(jiàn)f.）。f. 元件SP1焊盤(pán)位置的調(diào)整。如果把焊盤(pán)2和焊盤(pán)4對(duì)調(diào)位置，它們的飛線就不會(huì)交叉，因?yàn)楹副P(pán)2和焊盤(pán)4是可調(diào)電阻的兩端，沒(méi)有極性，對(duì)它們調(diào)整不會(huì)帶來(lái)安裝的問(wèn)題，可采取以下辦法：先打開(kāi)MYPCBLIB.LIB文件，在瀏覽框選中“開(kāi)關(guān)電位器”，雙擊焊盤(pán)，在焊盤(pán)屬性對(duì)話框中直接把焊盤(pán)編號(hào)2改成4，4改成2，然后，單擊瀏覽框下的UpdatePCB按鈕，調(diào)整成功（此法不適用于集成塊）。直接的焊盤(pán)位置移動(dòng)，會(huì)帶來(lái)定位不準(zhǔn)，安裝困難。g. 排齊元件，使元件移到網(wǎng)格上。執(zhí)行ToolsAlign ComponentsMove To Grid命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框中改為“5mil”，OK。 h. 元件定位好以后，還需把元件編號(hào)字符串通過(guò)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)操作進(jìn)行恰當(dāng)放置，以利辨別。由于元件比較擁擠，可能基本上都變綠了，我們可以執(zhí)行ToolsReset Error Markers命令，清除錯(cuò)誤標(biāo)志，使版面更清晰。7、 布線前，要先參考布線規(guī)律。P266-2678、 元件定位好以后，我們可嘗試自動(dòng)布線（P284-285）：a. 執(zhí)行Auto RouteAll命令，在圖27中，填上“5”，單擊“Rout All”按鈕，在圖28中，單擊“否”，啟動(dòng)自動(dòng)布線進(jìn)程。 圖27圖28b. 待到布線結(jié)束后，執(zhí)行ToolsDesign Rule Check命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊“Run DRC”，版面即刷新并標(biāo)志出違反布線規(guī)則的連線。c. 手工修改（參考圖35）。由于電路板幅面較小，又是單層板（布線層只有Bottom Layer），而且有較多指定位置的元件，為了制板的可靠而設(shè)定的線寬較寬，細(xì)小元件較多等等原因，造成自動(dòng)布線效果不理想，布通率低，違反布線規(guī)則的連線多，走線太密，拐彎多等，如圖29（為了顯示清晰，已取消了Top OverLayer工作層，參考圖20，不勾選Top OverLayer），所以，必須進(jìn)行手工修改，使走線盡可能合理。（P286288） 圖29注意： 修改過(guò)程中，一些元件或者焊盤(pán)位置還可以調(diào)整，這些元件主要有C3、C5、D1、L4、Q1、Q2。對(duì)于Q1、Q2焊盤(pán)的調(diào)整是在保證元件能貼板安裝的情況下，適當(dāng)拉寬焊盤(pán)距離和增大焊盤(pán)尺寸，使手工焊接更容易和可靠： i. 如上6.e.的方法，把Q1、Q2的焊盤(pán)1和焊盤(pán)3分別向兩側(cè)拉開(kāi)剛到外框的邊緣。 ii. 在焊盤(pán)屬性對(duì)話框，把“Y-Size”中的60mil改成80mil。 對(duì)于一些難以在Bottom Layer層走線連接或者無(wú)法連接的節(jié)點(diǎn)，可采用在元件面用導(dǎo)線連接的方法：i. 先在適當(dāng)位置添加兩個(gè)焊盤(pán)P219，并在其屬性對(duì)話框中指定直徑、孔徑，再選“Advanced”標(biāo)簽，在“Net”欄中指定其所屬網(wǎng)絡(luò)（與需連接節(jié)點(diǎn)相同）。 ii. 在Bottom Layer層，把焊盤(pán)和節(jié)點(diǎn)連好。 iii. 在TopOverLayer層，用飛線把兩個(gè)焊盤(pán)連上，代表在元件面的導(dǎo)線連接，如J2、J3、J4。 遇到連接不上的焊盤(pán)或?qū)Ь€，原因大概有： i. 導(dǎo)線的通過(guò)會(huì)帶來(lái)安全間距的不足。 ii. 所屬的網(wǎng)絡(luò)“Net”不同，不可連接。 iii. 某些元件的個(gè)別焊盤(pán)（如S1、S2、S3）或新添加的焊盤(pán)還沒(méi)有指定所屬的網(wǎng)絡(luò)“Net”。 某些元件（S1、S3）不用連接的焊盤(pán)，可以在它們的屬性框內(nèi)把直徑直接改為40mil，以增加安全間距。 修改過(guò)程中，導(dǎo)線不要太靠近機(jī)械鉆孔位，以免鉆孔時(shí)被損傷。9、 同學(xué)們?nèi)绻X(jué)得自動(dòng)布線后再手工修改操作比較麻煩，也可以在元件定位好之后，直接手動(dòng)布線，不過(guò)同樣要注意手工修改的注意事項(xiàng)。10、設(shè)置淚滴焊盤(pán)，以提高焊盤(pán)與印制導(dǎo)線連接處的寬度。執(zhí)行“ToolsTeardropsAdd”命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框（圖30）中點(diǎn)選“Add”，點(diǎn)OK，即可添加淚滴焊盤(pán)。淚滴化的焊盤(pán)如圖31。 圖30 圖3111、添加標(biāo)識(shí)性文字。a. 添加你自己的姓名，執(zhí)行“PlaceChinese”命令，先在“Advanced Text System”對(duì)話框中如圖32設(shè)定，然后點(diǎn)擊其中的“Select”鍵，選字體大小為“六號(hào)”，點(diǎn)確定，再點(diǎn)擊“OK”，最后，在“Chinese String”對(duì)話框中點(diǎn)擊“OK”，即出現(xiàn)你姓名的文字，按“Tab”鍵，在屬性對(duì)話框中的Layer框內(nèi)選“Bottom Layer”，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)操作，在如圖35的位置放置。 b. 添加你的班號(hào)、學(xué)號(hào)，執(zhí)行“PlaceString” 命令，按“Tab”鍵，在出現(xiàn)的對(duì)話框中參考圖33設(shè)置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)操作，在如圖35的位置放置。 c. 添加電源連接位置標(biāo)記“+3V”、“V” 和飛線標(biāo)號(hào) “J2”、“J3”、“J4”。執(zhí)行“PlaceString” 命令，參考圖34設(shè)置屬性，如圖35放置。在添加“+3V”前， 需先添加一個(gè)焊盤(pán)， 并設(shè)定其屬性“net”為“+3V”，如圖35放置。 12、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，執(zhí)行“ToolsDesign Rule Check”命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊“Run DRC”，即標(biāo)志出違反布線規(guī)則的連線，檢查是否有致命性的錯(cuò)誤并加以改正。P295-298 至此，F(xiàn)M收音機(jī)印制板的設(shè)計(jì)基本完成。 圖 32 圖33 圖34 圖35四、FM收音機(jī)印制板圖的打印輸出（P312315）1、 為了安裝元件時(shí)的方便，我們利用統(tǒng)一修改的方法，先把設(shè)計(jì)好的印制板圖中元件的編號(hào)隱去，把元件值顯示出來(lái)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)操作，把元件值貼元件放置好，以便打印裝配圖。如圖36 圖36 2、因?yàn)樘峁┑碾娐钒迕娣e（3900mil1950mil）較小以及熱轉(zhuǎn)印機(jī)本身的特點(diǎn)，進(jìn)行電路板制作的熱轉(zhuǎn)印操作前，需要兩個(gè)同學(xué)的設(shè)計(jì)圖拼接在一起，才可打印到熱轉(zhuǎn)印紙上。a. 在你的PCB設(shè)計(jì)文件中，執(zhí)行EditSelectAll命令，你的設(shè)計(jì)圖被整個(gè)選中，再執(zhí)行EditCopy命令，將十字光標(biāo)移至圖形上，按左鍵確定。b. 在Documents里面創(chuàng)建一個(gè)新的PCB文件PCB24.PCB，打開(kāi)，執(zhí)行EditPaste命令，把復(fù)制的圖形定位到網(wǎng)格上粘貼（計(jì)算面積方便、直觀），然后解除選中。如圖37c. 再打開(kāi)另一個(gè)合作的同學(xué)的文件包，找到他的設(shè)計(jì)文件打開(kāi)，同樣利用Copy和Paste命令，把他的設(shè)計(jì)圖形粘貼到PCB24.PCB文件中，必須注意，因?yàn)殡娐钒迕娣e的限制，一定要使兩個(gè)圖形顛倒靠在一起，而且占用面積不得超過(guò)42個(gè)大網(wǎng)格（3900mil1950mil）。如圖37d. 為了避免因?yàn)閳D形局部打印效果不佳或熱轉(zhuǎn)印