Protel DXP 2004 SP2印制電路板設計教程 課件 項目6 低頻矩形PCB設計-聲光控節(jié)電開關(guān)

制作團隊：郭勇、陳開洪、吳榮海項目6低頻矩形PCB設計--聲光控節(jié)電開關(guān)主要內(nèi)容任務6.1了解PCB布局、布線的一般原則任務6.2了解聲光控節(jié)電開關(guān)及設計前準備任務6.3加載網(wǎng)絡信息及手工布局任務6.4聲光控節(jié)電開關(guān)PCB手工布線任務6.5覆銅設計及PCB調(diào)整技能實訓8聲光控節(jié)電開關(guān)PCB設計項目6低頻矩形PCB設計--聲光控節(jié)電開關(guān)6.1.1印制板布局基本原則元器件布局是將元器件在一定面積的印制板上合理地排放，它是設計PCB的第一步。布局是印制板設計中最耗費精力的工作，往往要經(jīng)過若干次布局比較，才能得到一個比較滿意的布局結(jié)果。一個好的布局，首先要滿足電路的設計性能，其次要滿足安裝空間的限制，在沒有尺寸限制時，要使布局盡量緊湊，減小PCB尺寸，以降低生產(chǎn)成本。任務6.1了解PCB布局、布線的一般原則1.元器件排列規(guī)則先難后易先大后小通常只放頂層頂層過密高度有限、散熱小的器件放在底層特別集成芯片優(yōu)先同類型有極性力爭方向一致同類型X或Y方向盡量一致電阻電容發(fā)光二極管輸入輸出盡量遠離去耦電容應盡量靠近芯片的電源腳輸入輸出頂層芯片底層去耦電容相同結(jié)構(gòu)的電路對稱布局旁路電容均勻分布集成電路周圍同一種電源的元器件盡量放在一起5V3.3V頂層信息底層信息相同結(jié)構(gòu)的電路

對稱布局旁路電容均勻分布集成電路周圍同一種電源的元器件盡量放在一起存在較高的電位差加大它們之間的距離帶高壓的元器件布置在調(diào)試時手不易觸及的地方板邊緣的元器件一般離板邊緣至少兩個板厚四個引腳以上的元器件

不允許翻轉(zhuǎn)雙列直插式元器件相互的距離要大于2毫米BGA與相臨元器件距離大于5毫米貼片小元器件元件相互距離大于0.7毫米壓接元器件周圍5毫米不可以放置元件元器件在整個板面

分布均勻、疏密一致、重心平衡2.按照信號走向布局原則信號流程逐個安排功能電路單元圍繞核心元器件縮短元器件之間的引線HDMI接口電源LVDS接口CPUVGA接口BNC接口輸入、輸出端的元器件靠近連接器的布局信號的流向安排輸出輸入輸出輸入從左到右或從上到下盡可能保持一致的方向3.防止電磁干擾輻射電磁場較強的元器件電磁感應較靈敏的元器件高低電壓元器件強弱信號的元器件應加大距離或加以屏蔽

避免相互混雜

交錯布局

會產(chǎn)生磁場的元器件減少磁力線對印制導線的切割相鄰元件磁場方向應相互垂直對干擾源進行屏蔽屏蔽罩應良好接地存在大電流的元器件要與小電流電路分開靠近電源的輸入端加上去耦電路4.抑制熱干擾發(fā)熱的元器件一般布置在PCB的邊緣可單獨設置散熱器或小風扇熱敏元器件緊貼被測元器件并遠離高溫區(qū)域雙面放置元器件底層一般不放置發(fā)熱元器件功耗大的集成塊、大或中功率管、電阻等布置散熱器件5.可調(diào)節(jié)元器件、接口電路的布局電位器、可變電容器、可調(diào)電感線圈或微動開關(guān)等可調(diào)元器件布局應考慮整機的結(jié)構(gòu)要求機外調(diào)節(jié)機內(nèi)調(diào)節(jié)接口電路調(diào)節(jié)旋鈕與外殼面板上的位置相適應放置便于調(diào)節(jié)的地方板的邊緣主板接口電路布局圖6.提高機械強度注意整個PCB的重心平衡與穩(wěn)定，提高機械強度和耐振、耐沖擊能力，減少印制板的負荷和變形。重而大的元器件安置在印制板上靠近固定端的位置，并降低重心。重15克以上的元器件，不能只靠焊盤，應使用支架或卡子加以固定?？稍O置“輔助底板”。板的最佳形狀是矩形，板尺寸大于200×150mm時，可以使用機械邊框加固。布線受布局、板層、電路結(jié)構(gòu)、電氣性能要求等多種因素影響，布線結(jié)果直接影響電路板性能。進行布線時要綜合考慮各種因素，才能設計出高質(zhì)量的PCB，目前常用的基本布線方法如下。1）直接布線。2）X－Y坐標布線。元器件跨越導線頂層短路線跨越先把關(guān)鍵的導線直接布設好次要導線繞過它們6.1.2印制板布線基本原則布線受布局、板層、電路結(jié)構(gòu)、電氣性能要求等多種因素影響，布線結(jié)果直接影響電路板性能。進行布線時要綜合考慮各種因素，才能設計出高質(zhì)量的PCB，目前常用的基本布線方法如下。1）直接布線。2）X－Y坐標布線。兩面布置導線正交走線一面水平走線一面垂直走線1.布線板層選用印制板布線可采用單面、雙面或多層首選單面，其次是雙面，仍不能滿足設計要求時才考慮選用多層單面板雙面板多層板2.印制導線寬度原則印制導線最小寬度主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。一般導線寬度在1.5mm左右完全滿足要求。密度允許盡可能用寬線，特別電源和地線。數(shù)字電路通常選0.2～0.3mm就足夠。印制導線的電感量與長度成正比，與寬度成反比。短而寬的導線對抑制干擾有利。線寬一般要小于與之相連焊盤的直徑。3.印制導線的間距原則

導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。導線越短、間距越大，絕緣電阻就越大。絕緣電阻超過20M允許電壓為300V間距1.5mm間距1mm允許電壓為200V一般選用間距1～1.5mm可以滿足要求。對集成電路，尤其數(shù)字電路，工藝允許可使間距很小。4.布線優(yōu)先次序原則密度疏松原則從連線最疏松的區(qū)域開始布線核心優(yōu)先原則核心部分應優(yōu)先布線次要信號要顧全整體關(guān)鍵信號線優(yōu)先電源、模擬小信號、高速信號時鐘信號、同步信號5.信號線走線一般原則輸入、輸出端的導線避免相鄰平行兩面的導線互相垂直，斜交，減少寄生耦合信號線高、低電平懸殊加大導線的間距關(guān)鍵信號專門的布線層6.重要線路布線原則

1）用地線將時鐘區(qū)圈起來，時鐘線盡量短；石英晶體振蕩器外殼要接地；石英晶體下面以及對噪聲敏感的元器件下面不要走線。

2）時鐘、總線、片選信號要遠離I/0線和接插件，時鐘發(fā)生器盡量靠近使用該時鐘的元器件。

3）時鐘信號線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時應與地線回路相靠近，時鐘線垂直于I/0線比平行I/O線時的干擾小。

4）弱信號電路、低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路。

5）模擬電壓輸入線、參考電壓端一定盡量遠離數(shù)字電路信號線，特別是時鐘信號線。7.地線布設原則

1）一般將公共地線布置在印制板的邊緣，留有一定的距離（不小于板厚），便于與機架地相連接。便于安裝導軌和進械加工，提高了絕緣性能。

2）在印制電路板上應盡可能多地保留銅箔做地線，改善傳輸特性和屏蔽效果，減少分布電容。地線（公共線）不能設計成閉合回路，在低頻電路中一般采用單點接地；在高頻電路中就近接地，采用大面積接地方式。

3）印制板上裝有大電流器件，它們的地線最好要分開獨立走，以減少地線上的噪聲。模擬地與數(shù)字地相對獨立保證信號完整性分開排布減小相互干擾匯合處通過0Ω電阻或小電感連接不同信號的電源、地線環(huán)路最小原則信號線與地線回路構(gòu)成的環(huán)面積環(huán)面積盡可能小減小對外輻射降低接收干擾環(huán)面積較小合理環(huán)面積過大不合理8.信號屏蔽原則單面板雙面板多層板信號線地線地線信號線地線信號線地線層電源層信號線加屏蔽罩，屏蔽罩接地重要的信號時鐘信號同步信號頻率特別高的信號包絡屏蔽覆銅屏蔽9.走線長度控制規(guī)則短線規(guī)則布線長度盡量短差分線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乳L線時鐘線振蕩器使用時鐘器件10.倒角規(guī)則避免產(chǎn)生銳角或直角易產(chǎn)生不必要的輻射圓弧倒角135度倒角線與線夾角一般應≥135°11.去耦電容配置原則每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容每4～10個芯片配置一個1～10uF鉭電解電容芯片六個電源輸入配一個鉭電解電容六個對應的陶瓷電容電源和地線間直接接入去耦電容去耦電容引線不能過長背面就近布局電容芯片位置頂層信息底層信息12.器件布局分區(qū)/分層規(guī)則不合理為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時盡量縮短高頻部分的布線長度，通常將高頻部分設在靠近接口部分以減少布線長度。合理對于模數(shù)混合電路，在多層板設計中可以將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線，中間用地層隔離的方式。13.孤立銅區(qū)控制規(guī)則不合理合理孤立銅區(qū)也叫銅島，它的出現(xiàn)，將帶來一些不可預知的問題，因此通常將孤立銅區(qū)接地或刪除，有助于改善信號質(zhì)量。14.大面積銅箔使用原則在PCB設計中，沒有布線的區(qū)域最好由一個大的接地面覆蓋，提供屏蔽和增加去耦能力。發(fā)熱元器件周圍或大電流通過的引線應盡量避免使用大面積銅箔，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。如果必須使用大面積銅箔，最好采用柵格狀，這樣有利于銅箔與基板間粘合劑因受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體排出。大面積銅箔鏤空開窗大面積銅箔的焊盤處理一字或十字連接15.高頻電路布線一般原則1）高頻電路中，集成塊就近安裝退耦電容，一方面保證電源線不受其它信號干擾，另一方面可將本地產(chǎn)生的干擾就地濾除，防止了干擾通過各種途徑（空間或電源線）傳播。2）高頻電路的引線最好采用直線，如需轉(zhuǎn)折采用135°折線或圓弧轉(zhuǎn)折，減少高頻信號對外的輻射和相互間的耦合。引腳間的引線越短越好，引線層間的過孔越少越好。16.金手指布線對外連接采用接插形式的印制板，為便于安裝往往將輸入、輸出、饋電線和地線等均平行安排在板子的一邊。輸入線與輸出線遠離用地線隔開輸入線與輸出線其他引線分別布于兩邊輸入線與電源線之間的距離要遠一些間距不應小于1mm17.印制導線走向與形狀

除地線外，同一印制板上導線的寬度盡量保持一致；印制導線的走線應平直，不應出現(xiàn)急劇的拐彎或尖角，所有彎曲與過渡部分一般用圓弧連接，其半徑不得小于2mm；應盡量避免印制導線出現(xiàn)分支，如果必須分支，分支處最好圓滑過渡；從兩個焊盤間穿過的導線盡量均勻分布。不合理走線合理走線

本任務通過市面常用的產(chǎn)品—聲光控節(jié)電開關(guān)來介紹低頻PCB設計，采用的設計方法是通過原理圖的網(wǎng)絡表文件調(diào)用封裝和連線信息，然后進行手工布局、布線。

任務6.2了解聲光控節(jié)電開關(guān)及設計前準備6.2.1產(chǎn)品介紹

聲光控開關(guān)的面板和內(nèi)部PCB圖，該產(chǎn)品通過光敏電阻和駐極體話筒來控制開關(guān)只光線偏暗且有聲音出現(xiàn)的時候自動點亮燈泡。

開關(guān)面板電路板正面電路板背面電路原理圖橋式整流燈開關(guān)回路穩(wěn)壓電路產(chǎn)生5V直流電壓給控制電路供電5V聲光控制電路聲光控節(jié)電開關(guān)電路原理圖低電平白天，光線強的時候飽和低電平高電平高電平導通截止聲光控節(jié)電開關(guān)電路原理圖高電平光線暗沒聲音的時候截止截止高電平低電平聲光控節(jié)電開關(guān)電路原理圖高電平光線暗有聲音的時候?qū)ǖ纂娖礁唠娖降纂娖礁唠娖降纂娖浇刂孤暪饪毓?jié)電開關(guān)電路原理圖亮燈后延遲控制電容放電

底電平高電平

底電平

設計前的準備工作主要進行原理圖設計，完成元器件庫中不存在的封裝設計并在原理圖中設置好相應的封裝。1.原理圖元器件設計2.元器件封裝設計3.原理圖設計6.2.2設計前準備1.原理圖元器件設計燈泡符號1)燈泡光敏電阻符號2)光敏電阻2.元器件封裝設計實物駐極體話筒MIC封裝名稱MIC10封裝圖形1）駐極體話筒，采用圓形焊盤，焊盤引腳號1、2，焊盤間距160mi，焊盤X、Y尺寸均為80mil，元器件外形半徑200mil。12電解電容封裝名稱RB1/.2封裝圖形實物2）電解電容，采用圓形焊盤，焊盤間距100mil，焊盤X、Y尺寸均為80mil，元器件外形半徑100mil。3D元件體”沿元件封裝外框繪制封閉矩形，電解電容封裝設計中正極不加“+”號，這樣有利于減小元器件尺寸，封裝中加陰影部分的焊盤為電解電容負極。。12橫向表示負極2.原理圖設計

參考前述電路圖設計好電路原理，并設置好相關(guān)參數(shù)。聲光控節(jié)電開關(guān)元器件參數(shù)表元器件類別元器件標號庫元器件名元器件所在庫元器件封裝電解電容C1-C3CapPol1MiscellaneousDevices.InLibRB.1/.2（自制）磁片電容C4、C5CapMiscellaneousDevices.InLibRAD-0.11/8W電阻R1-R3、R5-R7、R9-R12Res2MiscellaneousDevices.InLibAXIAL-0.41W電阻R4Res2MiscellaneousDevices.InLibAxial-0.4壓敏電阻RuResVaristorMiscellaneousDevices.InLibRAD-0.3集成電路U1CD4011BCNFSCLogicGate.IntLibN14A可控硅V1C106MMotorolaDiscreteSCR.IntLib77-08三極管V2、V32N3904MiscellaneousDevices.InLibBCY-W3/E4整流二極管VD1-VD7Diode1N4007MiscellaneousDevices.InLibDIO10.46-5.3x2.8檢波二極管VD8-VD11Diode1N4148MiscellaneousDevices.InLibDIO7.1-3.9x1.9穩(wěn)壓二極管DW11N751AMotorolaDiscreteDiode.IntLib299-02駐極體話筒MICMIC2MiscellaneousDevices.InLibMIC10（自制）光敏電阻R8GM自制RAD-0.1燈泡LAMPLAMP自制無矩形單面板尺寸45mm×60mm2個直徑7mm的電源接線柱2個直徑3mm的圓形安裝孔元器件離板邊沿至少2mm6.2.3設計PCB時考慮的因素整流電路和可控硅控制電路，相對電流較大，集中放置在電源接線銅柱附近其它元器件圍繞集成電路CD4011布局駐極體話筒位置首先定位電源接線柱、駐極體話筒、螺紋孔的位置。布局調(diào)整時應盡量減少網(wǎng)絡飛線的交叉。布線采用交互式布線方式。整流電路和可控硅控制電路，線寬選用1.2mm，地線線寬1.5-2mm，其它線路線寬0.8-1.0mm。電源接線銅柱的布線采用覆銅放置大面積銅箔，以提高電流承受能力和穩(wěn)定性。連線轉(zhuǎn)彎采用45°或圓弧進行。

1.新建項目文件

執(zhí)行菜單“文件”→“創(chuàng)建”→“項目”→“PCB項目”命令新建PCB項目，并將其另存為“聲光控開關(guān).PrjPCB”。2.規(guī)劃PCB

用公制規(guī)劃尺寸，板的尺寸為45mm×60mm。

執(zhí)行菜單“文件→“創(chuàng)建”→“PCB文件”命令，新建PCB;執(zhí)行菜單“文件”→“保存”命令，PCB保存為“聲光控開關(guān).PCBDOC”。6.3.1從原理圖加載網(wǎng)絡表和元器件封裝到PCB任務6.3加載網(wǎng)絡信息及手工布局

執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板選擇項”命令。

執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板層次顏色”命令。

執(zhí)行菜單“工具”→“優(yōu)先設定”命令。

執(zhí)行菜單“編輯”→“原點”→“設定”命令，定義相對坐標原點。

選擇當前工作層為Mechanical1（機械層1），定義機械輪廓、駐極體話筒及螺紋孔的位置，以便于布局時的定位。KeepoutLayer（禁止布線層）沿著機械輪廓的外框重新定義PCB的電氣輪廓。輪廓外框45mm×60mm螺紋孔的位置駐極體話筒位置電源接線柱位置

3.放置螺紋孔和電源接線銅柱

通過執(zhí)行菜單“放置”→“焊盤”命令放置個焊盤：2個螺紋孔和2個接線銅柱。

螺紋孔：X、Y尺寸均為3mm，孔徑3mm，形狀Round，焊盤編號均設置為0；

接線銅柱：X、Y尺寸均為7mm，孔徑5mm，形狀Round，編號分別設置為1和2。

4.從原理圖加載網(wǎng)絡表和元器件封裝到PCB

打開設計好的原理圖文件“聲光控開關(guān).SchDoc”。執(zhí)行菜單“項目管理”→“CompileDocument聲光控開關(guān).SchDoc”命令，對原理圖文件進行編譯，修改相應的錯誤和警告提示。

執(zhí)行菜單“設計”→“UpdatePCBDocument聲光控開關(guān).PCBDOC”，彈出“工程變更訂單”對話框。正確錯誤燈泡封裝,錯誤忽略封裝77-08未找到，加載所在封裝庫MotorolaDiscreteSCR.IntLib

從圖中可以看出，系統(tǒng)自動建立了Room空間“聲光控開關(guān)”，同時加載的元器件封裝放置在規(guī)劃好的PCB邊界之外，因此還必須進行元器件布局。加載元器件后的PCB被加載的全部器件

<Ctrl>+鼠標滾輪：連續(xù)放大或縮小工作區(qū)窗口。<Shift>+鼠標滾輪：左右移動工作區(qū)窗口。鼠標滾輪：上下移動工作區(qū)窗口。<Alt>+<*>，*代表主菜單后的字母（如放置(P)）：打開相應主菜單，如<Alt>+<P>為打開“放置”主菜單。

6.3.2PCB設計中常用快捷鍵使用

1.通過Room空間移動元件用鼠標左鍵點住“聲光控開關(guān)”Room空間，將Room空間移動到電氣邊框內(nèi)。執(zhí)行菜單“工具”→“放置元件”→“Room內(nèi)部排列”，移動光標至Room空間內(nèi)單擊鼠標左鍵，元器件將自動按類型整齊排列在Room空間內(nèi)，單擊鼠標右鍵結(jié)束操作，此時屏幕上會有一些畫面殘缺，可執(zhí)行菜單“查看”→“更新”命令來刷新畫面。6.3.3聲光控開關(guān)PCB手工布局2.手工布局調(diào)整元器件Room空間排列后，單擊選中Room空間，按鍵盤<Del>鍵將其刪除。手工布局就是通過移動和旋轉(zhuǎn)元器件，根據(jù)信號流程和元器件布局基本原則將元器件移動到合適的位置，同時盡量減少元器件間網(wǎng)絡飛線交叉。

用鼠標左鍵點住元器件不放，拖動鼠標可以移動元器件，在移動過程中按下<空格>鍵可以旋轉(zhuǎn)元器件，一般在布局時不進行元器件的翻轉(zhuǎn)，以免造成引腳無法對應。整流電路和可控硅控制電路，相對電流較大，集中放置在電源接線銅柱附近其它元器件圍繞集成電路CD4011布局駐極體話筒MIC移動到指定的位置任務6.4聲光控節(jié)電開關(guān)PCB手工布線設置電源接線銅柱的焊盤網(wǎng)絡6.4.1焊盤調(diào)整NetLAMP_2

集成電路U1電源引腳網(wǎng)絡設置NetRu_1

編輯焊盤尺寸所有電阻電容焊盤XY尺寸改為1.5mm網(wǎng)絡VDD改為Vcc1.交互式布線參數(shù)設置6.4.2交互式布線及調(diào)整1.執(zhí)行菜單“設置”→“規(guī)則”命令2.設置規(guī)則1.切換到BottomLayer執(zhí)行“放置”→“交互式布線”2.根據(jù)網(wǎng)絡飛線進行連線，線路連通后，該線上的飛線將消失3.完成聲光控部分的線路連接2.手工布線4.按下鍵盤<Tab>鍵

修改TraceWidth為1.2mm5.完成整流電路和可控硅控制電

路的線路連接6.修改TraceWidth為1.5mm，完

成地線的線路連接7.連線中若間隙不足，可以適當

調(diào)整元器件的位置8.連線轉(zhuǎn)彎要求采用45°或圓弧進行

在PCB設計中，有時需要用到大面積銅箔，如果是規(guī)則的矩形，可以通過執(zhí)行菜單“放置”→“矩形填充”實現(xiàn)。如果是不規(guī)則的銅箔，則執(zhí)行菜單“放置”→“鋪銅”實現(xiàn)。

任務6.5覆銅設計及PCB調(diào)整1.放置覆銅

執(zhí)行菜單“放置”→“覆銅”命令單擊“確認”按鈕放置覆銅拖動光標單擊確定覆銅的第一個頂點位置依次移動并單擊繪制一個封閉的覆銅空間1234562.設置覆銅鏈接方式執(zhí)行菜單“設計”→“規(guī)則”命令執(zhí)行菜單“工具”→“覆銅屏幕”→“重新對全部對象覆銅”命令

PCB布線完畢，要調(diào)整好絲網(wǎng)層的文字，以保證PCB的可讀性，一般要求絲網(wǎng)層文字的大小、方向要一致，不能放置在元其件框內(nèi)或壓在焊盤上。

5.調(diào)整絲網(wǎng)文字露出板外標號過近，易錯判字符在器件內(nèi)部1.實訓目的1）掌握聲光控節(jié)電開關(guān)電路的原理。2）掌握低頻板的布局布線規(guī)則。3）進一步掌握元器件封裝的設計方法。4）掌握PCB交互式布線方法。5）掌握覆銅設計方法。技能實訓8聲光控節(jié)電開關(guān)PCB設計2.實訓內(nèi)容1）事先準備好圖6-22所示的聲光控節(jié)電開關(guān)原理圖文件，并熟悉電路原理，觀察聲光控節(jié)電開關(guān)實物。2）進入PCB編輯器，新建PCB項目“聲光控開關(guān).PrjPCB”，新建PCB文件“聲光控開關(guān).PCBDOC”，新建元器件庫文件“PcbLib1