第12章電路板綜合設計實例

1、電子CADProtel DXP 電路設計 任任 富富 民民 編編 著著中等職業(yè)學校教學用書（電子技術(shù)專業(yè)）中等職業(yè)學校教學用書（電子技術(shù)專業(yè)）電子教案電子教案 第12章電路板綜合設計實例 本章學習目標本章以制作電腦有源音箱、微機P4電源的PCB板為綜合實例，講解印制電路板的整體制作過程，培養(yǎng)制作電路板的實用技能，積累一定的電路板制作經(jīng)驗。 12.1電腦有源音箱PCB板的制作 本節(jié)將以作者親自設計制作的電腦有源音箱為例，使讀者進一步熟悉利用Protel DXP制作PCB板的過程，本電腦有源音箱以市場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PCB板的

2、實際過程。 12.1.1制作原理圖元件、繪制原理圖 通過對電腦音箱實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線工具分塊表示出來，同時用箭頭表示信號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中沒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，所以可以采取畫好一個聲道后復制、修改的方法繪制另一個聲道，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 在繪制原理圖過程中或完成后，必須在原理

6、圖元件屬性對話框中的FootPrint（引腳封裝）屬性欄中指定對應的引腳封裝，對于原封裝庫中沒有或不合適的封裝形式，必須采取自制或復制修改的方法。 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測量音頻插孔三個管腳之間的距離和尺寸，以及管腳的粗細，其中測得的管腳距離參數(shù)和自制音頻插孔引腳封裝如圖所示，因為管腳1.7mm，所以確定焊盤參數(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，但因為電位器的調(diào)節(jié)柄必須穿過音箱前面的面板，且發(fā)光二極管也必須和面板孔對齊，所以電位器之間、發(fā)光二極管之間的相對定位必須相當準確，否則電路板安裝時會出現(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，接著可以設置布線規(guī)則、自動布線、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、散熱板實物等利用卡尺測量的實際尺寸。在實際制作電路板前還要充分考慮電路板的實際尺寸，并確定關(guān)鍵的定位元件，測量好它們之間、它們和電路板邊框之間的定位尺寸。對該板元件進行手工布局。由于元件較多，所以布局需要較長時間仔細、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 對低音電路板進行完手工元件布局后，就可以設置布線規(guī)則進行自動布線，也可采用對地線和電源線先手工預布一部分導線，鎖定后再自動布線的方法。由于該電路板元件較多，同時受音箱體積的限制，電路板面積較小，所以該板的布線密度較高，自動布線的效果不好，自動布線時許多導線為了連通，彎曲較多，長度過長，所以必須手工進行修改，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，并使導線不至于彎曲過多，在某些導線中間放置焊盤，以便安裝電路板時焊接短路線，從而提

10、高單面板的導線密度，該方法在電視機、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，本電路板中利用短路線W1穿過三根底層導線。手工修改布線后可以進行添加覆銅區(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代替該安裝孔，這樣可以通過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開關(guān)電源PCB板制作 電腦P4開關(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)將講解臺式電腦P4開關(guān)電源板的制作過程。 12.2.1 制作原理圖元件和繪制原理圖電腦P4開關(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，將小信號控制部分從主電源板中取出單獨制成小的雙面板，利用雙面板布線密度高、難度低

12、的特點，減少主電源板的元件數(shù)，同時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，一種接地符號為 ，表示300V高壓接地，另一種接地符號為 ，表示低壓部分接地。其中保險管F選用分立元件庫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 繪制小信號控制板原理圖小信號控制板原理圖如課本圖12.18所示。小信號控制板的元件一般為分立元件，在常用元件庫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 復合二極管封裝TO-S 制作主電路板PCB元件封裝大無極性電容封裝CAP1 無極性電容封裝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 為了使小信號控制板能夠插在主電源電路板上，并實現(xiàn)電路的連通，我們設計了小板插座P1的封裝，在制作該封裝時必須嚴格按照圖所示的定位尺寸，使其和小板的焊盤對齊，封裝中的二個小方框為挖切部分，為了防止走線時導線穿過該區(qū)域，二個小方框可繪制在Keep Out Layer(禁止布線層)，各焊盤由于不需穿過元件管腳，所以焊盤孔徑可設為0。 小板插

15、座封裝PAGE1 3 制作小信號控制板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，自動布局已經(jīng)無法發(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，對定位有嚴格要求的核心關(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，若處理不當會發(fā)生安裝困難。全面布局后的效果如圖所示，手工布局過程非常重要，將直接影響到后面的布線，手工布局該板將需要較長的時間。 主電路板布局效果圖 主電路板布線效果圖 4增加導線導電能力的小技巧 在主電源電路板中，由于電路板面積小，元件多，布線密度高，所以導線不可能布線太寬，但部分導線電路很大，如各路低電壓輸出導線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線寬度的前提下，增加導線的導電能力，本電路中采取了如下措施。制作電路板時將銅箔導線上的阻焊漆去掉，在焊接電路板時，就可以在沒有阻焊漆的導線上焊上一層較厚的焊錫增加導線的導電能力。 增加導線導電能力制作方法為了在制作電路板時將銅箔導線上的阻焊漆去掉，我們可以在PCB編輯器中將電路板層面設置為Bottom solder(底層阻焊層)，利用畫線工具在需要去掉阻焊漆的導線上再次繪制導線或填充區(qū)即可，如圖所示，導線或覆銅區(qū)上的淺色部分將不會涂上阻焊漆而將銅箔裸露出來，便于焊接時用焊錫加強導線的導電能力。 利用Bottom solder層加強導線導電能力 重新繪制的區(qū)域不會涂上阻焊漆 1規(guī)劃小信號控制電路板 小信號控制電路板元件布局 小板頂層布線效果 連接焊盤的作用和定位