PCB元器件的制作.doc

PCB元器件的制作 PCB元器件的创建一、实验目的1、了解PCB元器件库文件的创建方法。2、掌握PCB元件封装的复制方法。3、掌握PCB元件库封装的创建方法二、实验仪器计算机 DXP2004软件三、任务1、新建PCB库文件2、制作电话接听器中的开关、变压器元件的PCB元器件。3、将常用的电子元件的PCB封装复制到新建的元件库文件中四、实验过程4.1 PCB库文件的创建执行菜单File/New/Library/PCB Library命令；或者在Project工作面板中点击右键，选择Add New to Project/PCB Library,新建一个PCB元件库文件。然后保存为MYLIB.PCBLIB。4.2 创建新的PCB元件4.2.1 PCB元器件创建的相关常识PCB元器件是指元器件的封装形式，反映了元器件的外形和焊点的位置。PCB元器件上表示的焊点编号、大小和位置一定要与实际元件一一对应。PCB电路板设计中，用的单位有英制（mil）和公制（mm）两种，两者之间的转换关系为：1mm=40mil。在PCB电路板设计和PCB元器件设计中，两种单位的自动切换的快捷方式为“Q”,即按下键盘Q键就可以自动切换。系统将PCB设计和PCB元件库设计编辑界面划分为宽度为100mil的方格，鼠标移动工程中，在左下角的状态栏中可以指示对应的坐标值，如下图1所示。 图1 PCB元件库编辑区在创建新的PCB元件的时候，要将新的元件放置在坐标的原点附近。原点的定位方法为Ctrl+End键。也可以通过菜单命令对平面坐标重新定义坐标的原点。执行菜单Edit/Set Reference命令，如下图2所示，有三个选项的设置。Pin 1：表示将新建元件的第一个引脚设置为坐标的原点 Center:表示将新建元件的中间位置设置为坐标的原点。Location:将鼠标任意指定的位置设置为坐标原点。 PCB元器件库创建的常用主要工具有：焊盘（Pad）、直线(Line)、圆弧工具。直线、圆弧要放置在电路板的Top Overlay层。焊盘放置在Multi-Layer层。焊盘、直线、圆弧的放置命令在菜单Place下选择。 测量物体尺寸的工具的快捷方式为Ctrl+M。4.2.2设计新的PCB元器件（1）开关设计 打开前边新建的文件MYLIB.PCBLIB，选择PCB Library工作面板，将PCB元器件编辑管理器打开，双击元器件“PCB COMPONENT_1”，打开“PCB Library Component”对话框，将元器件的名称设为SW。然后，在Multi-Layer放置三个焊盘，焊盘的编号Designator分别为1、2、3，内径Hole Size为30mil，外边形状X-Siza=100mil，Y-Size=100mil。焊盘1的设置如下： 图 3 Pad设置对话框三个焊盘在同一垂直线上，焊盘之间的距离为250mil。在焊盘外围，用一个长方形围住。长方形的用直线连接，放在Top Overlay，呈现黄色。焊盘1对应平面坐标的原点。设计好的开关封装如图4所示。（2）变压器PCB封装设计PCB元器件编辑管理器工作面板中，点击右键，选择New Blank Component，双击 “PCB COMPONENT_1”元件，将变压器的名字保存为TPCB。然后用Ctrl+End命令，定位坐标的中心点。在编辑区域，放置四个焊盘并设置边框。如图6所示。焊盘的内径30mil, 外边形状X-Siza=100mil，Y-Size=100mil。焊盘1与焊盘3的中心距离为12mm，焊盘1与焊盘2的中心距离为5mm，焊盘1的中心离上边的边框5mm，离左边框的距离为1.6mm。（3）麦克风PCB封装PCB元器件编辑管理器工作面板中新建麦克风的封装MIC，封装参数如下图7所示，焊盘的距离为100mil，圆的半径为132mil。（4）电解电容封装PCB元器件编辑管理器工作面板中新建电解电容的封装RB.1/.2,两个焊盘的距离为100mil，圆的半径为100mil，形状跟图7的麦克风PCB封装类似，将1脚标志为正极。4.2.3系统库当中的PCB封装在DXP2004软件中，包含有常用的电阻元件的封装。各类常用元件的封装的名称和参数如下描述。（1）电阻直插电阻的封装名称为AXIAL-0.3、AXIAL-0.4、AXIAL-0.5、AXIAL-0.6、AXIAL-0.7、AXIAL-0.8、AXIAL-0.9、AXIAL-1.0。名称后边的数字表示电阻两个焊点之间对应的距离，0.3表示300mil, 0.4表示400mil,依次类推。常用电阻的封装结构如下图8所示。AXIAL-0.4是最常用的。（2）无极性电容 直插式无极性电容的封装名称为RAD-0.1、RAD-0.2、RAD-0.3、RAD-0.4。数字0.1表示两个焊盘的距离为100mil，0.2为200mil，0.3为300mil，0.4为400mil。常用直插式无极性电容的封装结构图如图9所示。RAD-0.1是最常用的。(3)电解电容系统Miscellaneous Devices.InlLib库中电解电容的封装名称有CAPPR2-5×6.8，CAPPR1.5×4.5，CAPPR5.5×5等等。通常，电解电容的两个焊盘的距离为100mil或200mil，实际应用中，应根据实际的焊盘距离选择封装。(4)二极管：DIODE-0.4，DIODE-0.7。(5)三极管:TO-92A,BCY-W3(6)直插式集成块DIP-8,DIP-12,DIP-16等等。通常后边的数字表示集成块有几个引脚，如8脚的集成块就用DIP-8的封装，40脚的集成块就用DIP-40的封装。（7）排针封装通用排针的封装在习题Miscellaneous Connetctors封装库中，名字为HDRm×n，其中，m表示有几排，n表示每排有多少个。如HDR1×2表示单排2个口的插针。五、思考题1、PCB Library元件库文件该如何创建2、如何在PCB元器件编辑管理器工作面板中新建一个空白的元件，并修改名字3、新建元件的时候，焊盘放在哪个层面？元件的外围如直线、圆弧等放在哪个层面？4、英制与公制用哪个快捷方式切换。两种单位的转换公式是什么？5、常用的元件如电阻、电容、二极管、三极管、集成块、排针的封装是什么？6、测量距离的快捷方式是什么？ PCB电路板设计一、实验目的1、掌握PCB电路板单面板设计的方法2、掌握布线规则设置、层面选择、层面设置的方法。3、掌握PCB电路设计完成后的规则检查和修改完善的方法。二、实验器材：电脑、DXP2004软件三、实验任务：完成电话接听器原理图的PCB电路板设计四、实验过程4.1 创建PCB文件 执行菜单File/New/Library/PCB命令；或者在Project工作面板中点击右键，选择Add New to Project/PCB,新建一个PCB文件。然后保存为：电话接听器.PCBDOC。选择工作层面为，执行Place/Line命令，绘制一个65mm×60mm的矩形框，作为电气边界和物理边界。4.2 设置原理图文件要完成原理图文件向PCB文件的转换，必须给原理图文件中的每个元件指定元件封装。双击原理图的中文件，如电阻R1，进入Component properties对话框，如下图1所示，看看Footprint中的设置是否为AXIAL-0.4,如果不是，则双击Footprint,进入PCB Model对话框，如图2所示。将Footprint设置为AXIAL-0.4。 图1元件属性 图2 元件封装属性设置 在图2中，在Name中输入AXIAL-0.4，PCB Library中设为any，如果在Select Footprint中看不到选择的元件模型，在可以点击Browse按钮，进行查找。将电话接听器原理图中的各类元件封装按下表设置。元件名称元件编号PCB封装描述PCB元器件所在库名称插件JHDR1×2Miscellaneous Connectors集成块U1DIP-8Miscellaneous Devices二极管D1D4DIO10.46-5.3×2.8Miscellaneous Devices三极管Q1Q4TO-92AFSC Comm Telephone Circuit电阻R1R20AXIAL-0.4Miscellaneous Devices电容C1RAD-0.3Miscellaneous Devices电容C2C7,C9,C14RAD-0.1Miscellaneous Devices电解电容C8、C10C13CAPPR2-5×6.8Miscellaneous Devices扬声器Y1、Y2HDR1×2Miscellaneous Connectors麦克风MKMK自制开关KSW自制变压器TTPCB自制4.3 原理图向PCB电路板转换打开原理图文件“电话接听器.SchDoc”文件，然后，执行Design/Updata PCB Document 电话接听器.PCBDoc命令。进入Engineering Change Order对话框，如下图3所示。 图3 工程订单变化对话框 进入图3后，点击Validate Changes（使变化生效）按钮，对原理图进行检查，如果检测没有错误，则在Status Check(状态检测)下用表示；如果出现了错误，在用表示。出现了错误，要根据错误的提示信息，关闭对话框，回到原理图中，继续修改，直到没有一个错误为止。执行Validate Changes按钮，Status Check(下全部用提示没有正确后，点击Execute Changes（执行变化）按钮，就可以把原理图的连接信息通过网络表映射到PCB图中。此时，在PCB电路图中会列出原理图中的所有元件的网络表信息，如图4所示。 图4 网络表和元器件的载入结果4.4对元器件进行人工布局刚载入网络表和元件，要进行元件布局，才能进行布线。虽然软件具有自动布局的功能，但基本都是靠人工布局完成，电话接听器中没有特殊的元器件，可以按照功能进行布局。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。图中，可以三极管、集成块为核心，进行元件手工布局的结果如下图5所示。 图 5 元件手工布局的结果4.5布线规则设置完成元件布局之后，可以准备手工布线。在手工布线之前，先要设置手工布线的导线宽度。在图5所示的PCB电路图设计界面，点击鼠标右键，选择Design/Rules,就可进入设计规则设置对话框，手工布线的时，有几个规则需要设置。（1）导线宽度如下图6所示，在Routing下的Width选项中，Min Width表示布线的最小宽度，Max Width表示设置最大的导线宽度，Preferred Width表示当前选择的布线宽度，必须在最大值和最小值之间。 图6 布线宽度设置2）安全间距Clearance点击图6中的Electrical下的Clearance选项，进入图7所示的安全间距设置对话框。安全间距表示连接导线，放置元件的时候，元件与元件之间、导线与导线之间或者导线与焊盘之间允许的最小距离。默认为10mil。4.6 手工布线完成不行规则的设置之后，可以进行手工布线。将pcb的层面选择为Bottom Layer，进行单面板布线。布线后的结果如下图8所示。 图8 手工布局后的结果4.7手工布线之后的线路完善处理（1）修改焊盘的大小。由于实验室生产电路板的时候，用的钻头的直径比较大，通常要求PCB图中的焊盘的外部直径至少要80mil，内径要30mil。图8所示的元件的焊盘的修改可以用鼠标双击要修改的焊盘，进入Pad对话框，直接修改X-Size和Y-Size尺寸来修改，也可以用Find Similai Object命令来修改。将鼠标移到图8所示的电容C1的1脚，单击鼠标左键，然后点击右键，选择Find Similai Object，进入图9所示的对话框。在图9中，通过设定匹配的参数，来选择元件。如将图中X-Size47.244和Y-Size=47.244的全部焊盘挑选出来，将图9中的X-Size的设置为Same, Y-Size设为Same就行了。然后点击Apply按钮确认。这时，PCB图中，就会将符合匹配要求的焊点用高亮度显示，其它图形变暗。然后，再点击OK按钮，进入Inspector对话框，修改符合条件的X-Size与Y-Size的外边直径，如图10所示。修改了PadX Size和PadY Size后，要按下回车确认。修改完后，点击图10右上脚的，关闭对话框，回到PCB编辑界面。此时，PCB编辑界面上的图形仍然时选中的焊盘高亮度显示，其它都很暗。点击PCB界面右下角的Clear按钮或者菜单下边的快捷图标可回复到正常的显示。用这种方法，将电阻、电解电容、集成块、扬声器、插件的焊盘的X Size与Y-SIZE改为80mil。如果在修改元件焊盘的尺寸之后，PCB图中出现了绿色的警告，说明元件焊盘与导线或者焊盘与焊盘靠得过于近了甚至短路了，要稍微移动元件的位置或者对元件进行局部的修改。（2）加泪滴执行菜单Tools/Teardrops命令，跳出的对话框中选择OK，就会自动地给每个焊盘加上泪滴。加泪滴前后导线与焊盘交接处的变化如图11所示。从图可知，加了泪滴之后，导线跟焊盘的接触面积增大了，焊盘的的牢固性也就加强了。（3）添加文字标准 文字标注分英文和中文两种。英文字母与数字可以利用菜单Place/String命令，或者快捷图标来添加。放置之前，按下Tab键，进入字符串String属性修改对话框如图12所示。在Text中输入英文字母或数字，Layer中选择层面,如果层面设置为Bottom Layer,则要将Mirror(镜像)选项选中。在DXP2004的String中，不能输入中文字符，必须加一个字符汉化插件才能写入中文字符。打开“PCB图加入中文字文件夹”中的font文件，中文字标注如图13所示，在Text中写入中文，Layer选择Top Layer。在Font Style中选择Fill，在点击Select按钮，用来设置字体和大小。然后点击ok。打开PCB文件的Library按钮，将“PCB图加入中文字文件夹”中的hanzi.lib文件当作元件库文件加入到Library来，就可以将刚才输入的汉字加入的pcb文件中。把汉字放置到pcb图中后，双击它，在属性对话框中将它的层面设置为Bottom Layer。（4）覆铜在图8所示的电路板图中，电路板留下了很多空白，可以通过覆铜跟地线连接在一起，来增加电路板的抗干扰能力。首先，将电路板的安全间距设为30mil以上。Pcb图中，点击右键，选择Design/Rules，在对话框中选择Electrical/Clearance,就可以设置安全间距。然后，执行菜单Place/Copper Region或点击快捷图标，进入Polygon Pour对话框，按照图14进行设置。点击ok后，光表会改变，此时，将光标顺着keep-out Layer层划定的边界走一圈，就可以完成覆铜的设置。最好，再将安全间距设为10mil。最终，经过完善改进后的pcb电路图如图15所示。 五、思考题1、PCB文件如何新建2、如何从原理图中导入元器件和网络表到pcb电路图中3、元件布局的规则是什么4、手工布线时，导线宽度和安全间距如何设置5、如何用Find Similar Object命令，实现对某种规格焊盘的大小统一修改6、如何实现覆铜接地。