《電子線(xiàn)路CAD與實(shí)訓(xùn)(第2版)》項(xiàng)目六-單管放大電路PCB板的設(shè)計(jì)

電子線(xiàn)路CAD項(xiàng)目六單管放大電路PCB板的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目基本技能

1．創(chuàng)建工程項(xiàng)目及原理圖文件(1)繪制如圖6－5所示的單管放大電路原理圖，其方法參考項(xiàng)目一。圖6－5單管放大電路原理圖

2．繪制原理圖3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(1)單擊底部工作區(qū)面板中的【Files】標(biāo)簽，如圖6－6所示，彈出Files控制面板。圖6－6Files標(biāo)簽

(2)在Files控制面板底部的【根據(jù)模板新建】選項(xiàng)組內(nèi)單擊【PCBBoardWizard】選項(xiàng)，如圖6－7所示，啟動(dòng)PCB板向?qū)Ы缑?。圖6－7啟動(dòng)PCB板向?qū)?/p>

3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(3)在PCB板向?qū)?duì)話(huà)框中，單擊【下一步】按鈕，如圖6－8所示，彈出度量單位設(shè)置對(duì)話(huà)框。圖5－3生成網(wǎng)絡(luò)表菜單(4)在度量單位設(shè)置對(duì)話(huà)框中，有英制（mil）和公制（mm）兩種選擇。二者之間的換算關(guān)系：1inch=25.4mm，1000mil=1inch。本例選擇英制單位mil，單擊【下一步】按鈕，如圖6－9所示，彈出PCB板類(lèi)型選擇對(duì)話(huà)框。圖5－4生成網(wǎng)絡(luò)表文件3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(5)在PCB板類(lèi)型選擇對(duì)話(huà)框中，給出了多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)板的輪廓或尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇。由于本例元件較少，采用Custom(用戶(hù)定義)類(lèi)型，自己定義電路板的輪廓和尺寸，單擊【下一步】按鈕，如圖6－10所示，進(jìn)入選擇電路板詳情對(duì)話(huà)框。

圖6－10PCB板類(lèi)型選擇對(duì)話(huà)框

(6)在選擇電路板詳情對(duì)話(huà)框中，【輪廓形狀】欄，用來(lái)確定PCB的形狀，其中包括矩形、圓形和自定義3種；【電路板尺寸】欄，用來(lái)確定PCB板的大小，在【寬】和【高】文本框中輸入尺寸即可；其它使用默認(rèn)項(xiàng)。本例中PCB為矩形，2400mil×1500mil的尺寸，如圖6－11所示，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入電路板層對(duì)話(huà)框圖6－11選擇電路板詳情對(duì)話(huà)框

3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(7)在電路板層對(duì)話(huà)框中，顯示PCB層數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，可以設(shè)置信號(hào)層數(shù)和內(nèi)部電源層數(shù)。其中信號(hào)層默認(rèn)為2層，如果設(shè)計(jì)單面板，信號(hào)層設(shè)置為1層，本例較簡(jiǎn)單，不需要內(nèi)電源層，將其改為0，如圖6－12所示，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入過(guò)孔風(fēng)格對(duì)話(huà)框。

圖6－12電路板層對(duì)話(huà)框

(8)在過(guò)孔風(fēng)格對(duì)話(huà)框中，顯示過(guò)孔風(fēng)格，有兩種類(lèi)型選擇，即【只顯示通孔】和【只顯示盲孔和埋過(guò)孔】。如果是雙面板則選擇【只顯示通孔】，如圖6－13所示，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入元件和布線(xiàn)邏輯對(duì)話(huà)框。

圖6－13過(guò)孔風(fēng)格對(duì)話(huà)框

3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(9)在元件和布線(xiàn)邏輯對(duì)話(huà)框中，包括兩項(xiàng)設(shè)置：電路板中使用的元件和鄰近焊盤(pán)間的導(dǎo)線(xiàn)數(shù)。本例選擇【通孔元件】單選按鈕，相鄰焊盤(pán)之間的導(dǎo)線(xiàn)數(shù)設(shè)為【一條導(dǎo)線(xiàn)】，如圖6－14所示，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入導(dǎo)線(xiàn)和過(guò)孔尺寸對(duì)話(huà)框圖6－14元件和布線(xiàn)邏輯對(duì)話(huà)框

(10)在導(dǎo)線(xiàn)和過(guò)孔尺寸對(duì)話(huà)框中，主要設(shè)置的最小導(dǎo)線(xiàn)尺寸、最小過(guò)孔寬及孔徑、最小間隔等參數(shù)，用鼠標(biāo)單擊要修改的參數(shù)位置即可進(jìn)行修改，如圖6－15所示，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入電路板向?qū)瓿蓪?duì)話(huà)框。

圖6－15導(dǎo)線(xiàn)和過(guò)孔尺寸對(duì)話(huà)框

3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(11)在電路板向?qū)瓿蓪?duì)話(huà)框中，單擊【完成】按鈕，關(guān)閉該向?qū)?，結(jié)束PCB板的創(chuàng)建，如圖6－16所示。此時(shí)，Protel2004將啟動(dòng)PCB編輯器，根據(jù)在向?qū)е性O(shè)置的參數(shù)或?qū)傩詣?chuàng)建PCB文件。

圖6－16電路板向?qū)瓿蓪?duì)話(huà)框

(12)PCB板向?qū)瓿珊?，在?xiàng)目管理器(Projects)的自由文檔(FreeDocuments)下顯示一個(gè)名為“PCB1.PcbDoc”的自由文件，編輯區(qū)中顯示一個(gè)默認(rèn)尺寸的白色圖紙和一個(gè)2300mil×1400mil的PCB，如圖6－17所示。

圖6－17PCB新文檔

3．利用PCB板向?qū)?chuàng)建PCB板(13)選擇【文件】→【另存為】命令，將新的PCB文件重新命名，用*.PcbDoc表示，并給出文件保存的路徑，然后用鼠標(biāo)將其拖入到自己創(chuàng)建的項(xiàng)目中。本例的文件名為“單管放大電路.PcbDoc，如圖6－18所示。

圖6－18保存PCB文件

4．載入元件及封裝

(1)在PCB編輯器中選擇【設(shè)計(jì)】→【ImportChangesFrom單管放大電.PRJPCB】命令，如圖6－19所示，彈出確認(rèn)對(duì)話(huà)框。圖6－19菜單命令

(2)在確認(rèn)對(duì)話(huà)框中，單擊【Yes】(確定)按鈕，如圖6－20所示，彈出【工程變化訂單】(ECO)對(duì)話(huà)框。圖6－20確認(rèn)對(duì)話(huà)框

4．載入元件及封裝(3)在【工程變化訂單】(ECO)對(duì)話(huà)框中，列出了元件和網(wǎng)絡(luò)等信息及其狀態(tài)，這里需要注意【狀態(tài)】(Status)欄中【檢查】和【完成】的變化。單擊【使變化生效】按鈕，如圖6－21所示，若所有的改變有效，則【檢查】狀態(tài)列出現(xiàn)勾選，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)表中沒(méi)有錯(cuò)誤；否則，在信息(Messages)面板中將給出原理圖中的錯(cuò)誤信息，雙擊錯(cuò)誤信息自動(dòng)回到原理圖中，就可以修改錯(cuò)誤了。

圖6－21工程變化訂單對(duì)話(huà)框

4．載入元件及封裝(4)單擊【執(zhí)行變化】按鈕，所有的元件信息和網(wǎng)絡(luò)信息就被載入到PCB文件，如圖6－22所示。圖6－22檢查通過(guò)后畫(huà)面

4．載入元件及封裝(5)這時(shí)，【完成】狀態(tài)列出現(xiàn)勾選，所有內(nèi)容變成灰色，如圖6－23所示，說(shuō)明元件信息和網(wǎng)絡(luò)信息載入PCB文件完成。單擊【關(guān)閉】按鈕，關(guān)閉對(duì)話(huà)框。

圖6－23變化生效后畫(huà)面

4．載入元件及封裝(6)完成元件信息和網(wǎng)絡(luò)信息的載入，所有的元件和飛線(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)在PCB文檔中的元件盒，如圖6－24所示。

圖6－24載入完成畫(huà)面

5．元件布局(1)選擇【工具】→【放置元件】→【自動(dòng)布局】命令，進(jìn)行元件布局，如圖6－25所示。

圖6－25自動(dòng)布局菜單

5．元件布局(2)在對(duì)話(huà)框中選擇【分組布局】，單擊【確認(rèn)】按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)布局狀態(tài)，如圖6－26所示。

圖6－26自動(dòng)布局5．元件布局(3)自動(dòng)布局后的效果如圖6－27所示。很顯然，這樣的自動(dòng)布局的結(jié)果通常不能令人十分滿(mǎn)意。所以，必須對(duì)自動(dòng)布局的結(jié)果進(jìn)行人工布局調(diào)整。

圖6－27自動(dòng)布局后的效果

5．元件布局(4)用鼠標(biāo)拖動(dòng)元件，對(duì)自動(dòng)布局后元件進(jìn)行手工布局，如圖6－28所示。圖6－28最后布局結(jié)果

6．自動(dòng)布線(xiàn)(1)點(diǎn)擊菜單【自動(dòng)布線(xiàn)】→【全部對(duì)象】命令即可完成自動(dòng)布線(xiàn)，如圖6－29所示，布線(xiàn)后的效果如圖6－30所示。

圖6－29自動(dòng)布線(xiàn)菜單

7．PCB板進(jìn)一步編輯和完善(1)自動(dòng)布線(xiàn)速度快、效率高，特別對(duì)比較復(fù)雜的電路板更能體現(xiàn)出Protel2004的優(yōu)越性能，但也有一些不盡人意的地方。如在圖6－30中，存在連線(xiàn)拐角太尖銳和布線(xiàn)在頂層等，常常需要手工對(duì)電路板進(jìn)行布線(xiàn)調(diào)整。PCB板的編輯和完善將在下一項(xiàng)目介紹。圖6－30布線(xiàn)結(jié)果及問(wèn)題

項(xiàng)目基本技能

知識(shí)點(diǎn)一認(rèn)識(shí)印制電路板

一、元件外型結(jié)構(gòu)元器件是實(shí)現(xiàn)電器功能的基本單元，他們的結(jié)構(gòu)和外型各異，為了實(shí)電器的功能它們必須通過(guò)管腳相互連接，并為了確保連接的正確性，各管腳都按一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管腳號(hào)，并且各元件制造商為了滿(mǎn)足各公司在體積、功率等方面的要求，即使同一類(lèi)型的元件他們又有不同的元件外型和管腳排列，即元件外型結(jié)構(gòu)。如圖6－31所示，同為電解電容，但大小、外形、引腳距離卻差別很大。

圖6－31元件外形結(jié)構(gòu)

二、印制電路板結(jié)構(gòu)印制電路板是電子元件裝載的基板，它要提供元件安裝所需的封裝，要有實(shí)現(xiàn)元件管腳電氣連接的導(dǎo)線(xiàn)，要保證電路設(shè)計(jì)所要求的電氣特性，以及為元件裝配、維修提供識(shí)別字符和圖形，如圖6－32所示。圖6－32印制電路板結(jié)構(gòu)

三、印制電路板種類(lèi)1．單面板

圖6－33單層板示意圖

單面板也稱(chēng)單層板，即只有一個(gè)導(dǎo)電層，在這個(gè)層中包含焊盤(pán)及印制導(dǎo)線(xiàn)，稱(chēng)作焊錫面，另外一面則稱(chēng)為元件面，印有元件型號(hào)和參數(shù)等，如圖6－33所示。單面板的成本較低，在電路板面積要求不高，功能較為簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。

三、印制電路板種類(lèi)2．雙面板

圖6－34雙面板示意圖

雙面板也叫雙層板，是一種包括頂層和底層的電路板，雙面都有覆銅，都可以布線(xiàn)。通常情況下，元件一般處于頂層一側(cè)，頂層和底層的電氣連接通過(guò)焊盤(pán)或過(guò)孔實(shí)現(xiàn)，無(wú)論是焊盤(pán)還是過(guò)孔都進(jìn)行了內(nèi)壁的金屬化處理，如圖6－34所示。相對(duì)于單面板而言，雙面布線(xiàn)極大地提高了布線(xiàn)的靈活性和布通率，可以適應(yīng)高度復(fù)雜的電氣連接的要求。三、印制電路板種類(lèi)3．多面板

圖6－35多面板示意圖

多層板是在頂層和底層之間加上若干中間層構(gòu)成，中間層包含電源層或信號(hào)層，各層間通過(guò)焊盤(pán)或過(guò)孔實(shí)現(xiàn)互連。多層板適用于制作復(fù)雜的或有特殊要求的電路板。多層板包括頂層、底層、中間層及電源接地層等，層與層之間是絕緣層，絕緣層用于隔離電源層和布線(xiàn)層，絕緣層的材料要求有良好的絕緣性能、可撓性及耐熱性等，圖6－35所示為4層板結(jié)構(gòu)示意圖。

底層Bottom中間層絕緣層頂層TOP元器件隱藏導(dǎo)孔盲導(dǎo)孔焊盤(pán)知識(shí)點(diǎn)二印制電路板的設(shè)計(jì)流程電路板設(shè)計(jì)的流程：1．設(shè)計(jì)的先期工作2．定義板框3．設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境4．載入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝5．元件布局6．布線(xiàn)規(guī)則設(shè)置7．自動(dòng)布線(xiàn)8．手工調(diào)整9．輸出圖形知識(shí)點(diǎn)三ProtelDXP中印制電路板的層面印制電路板的銅箔導(dǎo)線(xiàn)是在一層（或多層）敷著整面銅箔的絕緣基板上通過(guò)化學(xué)反應(yīng)腐蝕出來(lái)的，元件標(biāo)號(hào)和參數(shù)是制作完電路板后印刷上去的，因此在加工、印刷實(shí)際電路板過(guò)程中所需要的板面信息，在ProtelDXP的PCB編輯器中都有一個(gè)獨(dú)立的層面與之相對(duì)應(yīng)。不同的層有不同的功能，有的層并不是實(shí)際的物理層，只是電路板設(shè)計(jì)中的參考層。一、層面的概念1．信號(hào)層信號(hào)層主要用于布線(xiàn)，也可放置一些與電氣信號(hào)有關(guān)的電氣實(shí)體，它分為頂層、底層和中間層。二、ProtelDXPPCB編輯器常用層面2．內(nèi)部電源/接地層內(nèi)部電源/接地層主要用于放置電源/地線(xiàn)，專(zhuān)門(mén)用于系統(tǒng)供電，信號(hào)層內(nèi)需要與電源或地線(xiàn)相連接的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)焊盤(pán)或過(guò)孔實(shí)現(xiàn)連接，只有多層板才用到該層。3．機(jī)械層

用于放置電路板的物理邊界、關(guān)鍵尺寸信息及電路板生產(chǎn)過(guò)程中所需要的對(duì)準(zhǔn)孔等，它不具備導(dǎo)電性質(zhì)。4．絲印層絲印層用于顯示元件的外形輪廓、編號(hào)或放置其他的文本信息。絲印層分為頂層絲印層(TopOverlay)和底層絲印層(BottomOverlay)。二、ProtelDXPPCB編輯器常用層面5．禁止布線(xiàn)層禁止布線(xiàn)層用于定義PCB的電氣邊界，即限制了印制導(dǎo)線(xiàn)的布線(xiàn)區(qū)域。禁止布線(xiàn)層在實(shí)際電路板中也沒(méi)有實(shí)際的層面與其對(duì)應(yīng)。6．阻焊層（SolderMaskLayer）

阻焊層主要為一些不需要焊錫的銅箔部分（如導(dǎo)線(xiàn)、填充區(qū)、敷銅區(qū)等）涂上一層阻焊漆（一般為綠色。三、顯示層面的設(shè)置方法

進(jìn)入ProtelDXPPCB編輯器后，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【PCB板層次顏色】菜單命令，將彈出如圖6－37所示的層面設(shè)置對(duì)話(huà)框，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要在相應(yīng)板層后面的復(fù)選框中打上“√”，選中該項(xiàng)，以便顯示該層面，但它不能決定該板是單面板還是雙面板。圖6－37PCB板層和顏色知識(shí)點(diǎn)四添加PCB元件庫(kù)件元件封裝是指實(shí)際的電子元件或集成電路的外形尺寸、引腳的直徑及引腳的距離等，它是使元件引腳和PCB上的焊盤(pán)一致的保證。元件封裝一般由二部分組成：焊盤(pán)和外形輪廓。元件的封裝可以分為直插式封裝和表面粘貼式(SMT)封裝兩大類(lèi)。如圖6－38所示和圖6－39所示。一、元件封裝概述圖6－38直插式封裝圖6－39表面粘貼式封裝1．點(diǎn)擊工作區(qū)右側(cè)的【元件庫(kù)】標(biāo)簽，打開(kāi)庫(kù)文件面板。2．點(diǎn)擊【元件庫(kù)】按鈕，打開(kāi)可用