项目2双面PCB的设计与制作-任务5.ppt

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1、印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造多层印制板设计与制造多层印制板设计与制造印制板电路板的设计与制造印制板电路板的设计与制造项目项目2 2 双面双面PCBPCB的设计与制作的设计与制作任务任务5 设计双面设计双面PCB2021/9/171印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造任务任务5 设计双面设计双面PCB5.1 创建元器件的封装库和集成库创建元器件的封装库和集成库5.2 PCB的设计规则的设计规则5.3 双面双面PCB设计设计5.4 拓展训练拓展训练2021/9/172印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.1创建元器件的封装库和集成库创建元器件的封装库和集成库5.1

2、.1 创建元器件的封装创建元器件的封装 元器件的外形尺寸通常有两种途径获得，一种是通过元件手册，手册上会提供它的外形及引脚尺寸，另一种就是用游标卡尺直接测绘。这里我们直接给出数码管的外形尺寸，如图5-1所示。图图5-12021/9/173印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造1.启动元器件编辑器启动元器件编辑器 执行菜单命令“File”“New”“Library”“PCB Library”，打开PCB封装库编辑器，系统自动产生一个PCB库文件“Pcblib1.PcBlib”，如图5-2所示。图图5-22021/9/174印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造单击“PCB Libra

3、ry”在工作区中打开PCB库编辑管理器，如图5-3所示。执行菜单命令“工具”“元器件属性”在弹出的对话框中输入“数码管”如图5-4所示，或者双击该名称也可重命名，然后单击确定。图图5-3 2021/9/175印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.栅格设置栅格设置执行菜单命令“Tools”“Library Options”命令（快捷键为T，O）打开Board Options对话框，如图5-4.图图5-4 2021/9/176印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-5 2021/9/177印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造3.添加焊盘添加焊盘执行“Place”“Pa

4、d”命令（快捷键为P,P）或单击工具栏按钮，光标处将出现焊盘，放置焊盘之前，先按Tab键，弹出Padmil对话框，如图5-6所示。图图5-6 2021/9/178印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造放置好的焊盘的数码管如图5-7所示。4.绘制轮廓绘制轮廓在绘制元器件轮廓之前，先确定它们所属的层，单击编辑窗口底部的Top Overlay标签。执行“Place”“Line”命令（快捷键为P,L）或单击按钮，放置线段前可按Tab键编辑线段属性，这里选默认值。绘制好数码管封装如图5-8所示。图图5-72021/9/179印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.1.2 创建元器件的集成库

5、创建元器件的集成库 1.集成库的概念集成库的概念 在集成库中的元件不仅具有原理图中代表元件的符号，还集成了相应的功能模块，如FootPrint 封装，电路仿真模块，信号完整性分析模块等。优点：优点：便于移植和共享，元件和模块之间的连接具有安全性，集成库在编译过程中会检测错误。图图5-82021/9/1710印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.集成库的创建步骤集成库的创建步骤集成库的创建主要有以下几个步骤：创建集成库包增加原理图符号元件为元件符号建立模块联接编译集成库3实例实例执行菜单命令FileNewProjectIntegrated Library（集成库），如图5-9所示。新建

6、一个集成库2021/9/1711印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造工程，默认名称为Integrated_Library1.LibPkg。执行菜单命令FileSave Project将工程保存为MyLib.LibPkg。执行菜单命令FileNewLibrarySchematic Library创建原理图库，并命名为MyLib.SchLib。然后按照前面的方法绘制原理图符号。图图5-9 2021/9/1712印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造执行菜单命令FileNewLibraryPCB Library创建原理图库，并命名为MyLib.PcbLib，如图5-10所示。然后按照前

7、面的方法绘制原理图符号对应的封装。执行菜单命令ProjectCompile Integrated Library MyLib.LibPkg对生成的集成库MyLib.LibPkg进行编译，如图5-11所示。图图5-10 2021/9/1713印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.2 PCB的设计规则的设计规则5.2.1 PCB布局规则布局规则 深入理解原理图，明确板上主要元器件，根据印制板的主信号流向布局主要元器件。如图5-12所示，电解电容C1在布局时要紧挨着整流桥BRIDGE2放置。图图5-11 2021/9/1714印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造 图图5-12 20

8、21/9/1715印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造元器件距离印制板边缘不小于200mil(5.08mm)。器件布局栅格的设置，一般建议在IC器件布局时，栅格设置为50100mil,小型表面安装器件布局时，栅格设置不少于25mil。需考虑与结构安装有关的问题，如固定螺钉和金属垫片直径外11.5mm范围内不能放置过孔和走线等。2021/9/1716印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造优先布局重要的单元电路和核心元器件，如图5-13.质量较大的元器件应避免放在板的中心，应靠近印制板的固定边放置。同类型插装元器件应尽量朝一个方向放置。同一类型的极性分离器件也要尽量在方向上保持一致。

9、按照均匀分布、重心平衡、板面美观的标准优化布局。图图5-13 2021/9/1717印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.2.2 PCB布线规则布线规则 回路最小规则，即信号线或地线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小，如图5-14。图图5-14 2021/9/1718印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造克服串扰的主要措施是：加大平行布线的间距，遵循3W规则（W为线宽）；在平行线间插入接地的隔离线；减小布线层与地平面的距离，如图5-15。图图5-152021/9/1719印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造屏蔽保护规则如图5

10、-16所示，图中将信号线用地屏蔽线包围起来。图图5-162021/9/1720印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造走线方向控制规则：相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰。如图5-17所示。图图5-172021/9/1721印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造走线开环检查规则：一般不允许出现一端浮空的布线主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接收，如图5-18。图图5-182021/9/1722印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造走线闭环检查规则：防止信号线在不同层间形成自环，如图5-19。图图5-19

11、2021/9/1723印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造倒角规则：防止信号线在不同层间形成自环，如图5-20。图图5-202021/9/1724印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造走线长度控制规则：即短线规则，在设计时应使布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，如图5-21。图图5-212021/9/1725印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造集成电路焊盘出线方式a.集成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-22.b.集成电路走线不允许突出焊盘，如图5-23.图图5-22图图5-232021/9/1726印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造c.集

12、成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-24.d.相邻的密间距（小于50mil）表贴焊盘引脚需要连接时，应从焊盘外部连接，不允许在焊盘中间直接连接,如图5-25.图图5-25图图5-242021/9/1727印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.3 双面双面PCB设计设计5.3.1 创建创建PCB文件规划电路板文件规划电路板 1.创建创建PCB文件文件 2.PCB环境参数设置环境参数设置 执行菜单命令Design Board Option菜单即可打开板选项对话框，将捕获网格设置为25mil，元件网格设置为50mil，网格显示Grid1设置为1倍的捕获栅格，Grid2设置为1倍的捕

13、获栅格，显示标记Marker设置为Line（在进行布线时，应将其改为Dot）。2021/9/1728印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造3.双面板工作层设置双面板工作层设置 将鼠标放置在工作区单击键盘上“L”键，弹出板层与颜色设置对话框，然后按照图5-26设置要显示的工作层。图图5-262021/9/1729印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造4.电路板外形设置电路板外形设置按照前面的方法绘制电路板外形，如图5-27所示。图5-27 2021/9/1730印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.3.2 装载网络表装载网络表5.3.3 数字钟数字钟PCB布局布局 元件载入

14、PCB板后，就可以根据元件的布局原则仔细调整元器件的位置。对于数字钟的PCB在布局时要注意以下两点：数码管作为时间的显示应放置在电路板的边缘。集成电路要排列整齐。1.元件对齐和均匀分布操作元件对齐和均匀分布操作 2021/9/1731印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图5-28为初步布局的6个数码管，高低不一，且间距不等，如果用手动方式使它们均匀排列并对齐花费时间很多。对齐方法：用鼠标选中6个数码管后，将鼠标放在其中一个数码管上，单击右键，在弹出菜单中选择AlignAlign Vertical Centers后，用鼠标选择DS4，所有被选中的数码管全都与DS4垂直对齐。5-28202

15、1/9/1732印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造再将鼠标放在其中一个数码管上，单击右键，在弹出菜单中选择AlignDistribute Horizontally，6个数码管的间距也保持一致了，如图5-29所示。2.元器件锁定元器件锁定 元器件布局时，有些关键元件的位置是固定的，为防止因忘记而被移动，这种元器件布局后，通常图图5-292021/9/1733印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造将其位置锁定。具体方法是（以数码管DS1为例）：双击该DS1的封装，在弹出的对话框中将“Locked”选项选中，如图5-30所示。此时DS1就被锁定了。数字钟数字钟PCB的参考布局如图的参

16、考布局如图5-31所示。所示。图图5-302021/9/1734印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-312021/9/1735印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.3.4 数字钟数字钟PCB布线布线 1.布线前的规则设置布线前的规则设置（1）“Clearance”（安全间距规则）设置 将此选项设置为0.254mm。（2）“Width”（线宽）设置 “GND”网络：最大线宽为2.5mm、优选线宽为1.5mm，最小线宽为1mm；“5V”网络：最大线宽设置为2mm，优选线宽为1.5mm，最小线宽设置为1mm。其余信号线：线宽均设置为0.4mm。2021/9/1736印制电路

17、板的设计与制造印制电路板的设计与制造（3）过孔设置 执行菜单命令DesignRules，在弹出的对话框中选择Routing Via Style选项设置过孔尺寸。如图5-35所示，单击OK按钮完成设置。图图5-352021/9/1737印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.手工布线手工布线 设置好布线规则后，接下来进行手工布线。双面板布线时，顶层和底层的布线要尽量做到相互垂直。布线前还应将网格显示改为点显示。在布线过程中，本层布线遇到走不通或需要切换另一层才能连接时，此时就要放置过孔切换到另一层去布线。如图5-36、5-37和5-38所示。2021/9/1738印制电路板的设计与制造印

18、制电路板的设计与制造数字钟的布线参考如图5-39和5-40所示。5.3.5 DRC 5.3.6 生成生成Gerber文件文件图图5-38 图图5-37 图图5-36 2021/9/1739印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-39 2021/9/1740印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-40 2021/9/1741印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.4.1 拓展训练拓展训练11.项目设计要求项目设计要求图5-43所示为以ATMEGA16L单片机为核心的控制板。（1）原理图绘制要求正确使用元器件符号绘制原理图。每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能

19、重复。正确使用网络标号，不要错标、漏标。发光二极管、插座J1J4要排列整齐，高度要一致 5.4 拓展训练拓展训练2021/9/1742印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-43 2021/9/1743印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（2）PCB设计要求印制板尺寸：长：2900mil、宽：2300mil。设计成双面板并覆铜。隐藏所有元器件参数标注。元器件封装排列要整齐紧凑。由于生产加工时所须的夹持边，所以在印制板边缘2mm区域内禁止布局。遵照“先大后小，先难后易”的布局原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。电源线和地线要尽量宽。2021/9/1744印制电路板

20、的设计与制造印制电路板的设计与制造2.设计步骤设计步骤新建PCB项目文件，命名为“AVR单片机控制板.PrjPcb”，在项目中新建原理图文件“AVR单片机控制板.SchDoc”。按表5-1，添加元器件库、标注元器件参数。绘制导线，放置电源符号、接地符号和网络标号。对绘制的原理图文件进行编译，然后保存原理图文件。在项目中新建PCB文件“AVR单片机控制板.PcbDoc”.2021/9/1745印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造DesignatorCommentFootprintQuantityJP5chargeSIP21JP6NoChargeSIP21P1MHDR2X13MHDR2X1

21、31D1,D2,D3,D4,D5,D6414812066CRY111.0592XTAL11J7SIP41J8SIP41C161000uFRB-.2/.41C610212061C2,C4,C71043C11061C8,C915p22021/9/1746印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造J1,J2,J3,J4IDC264J5IDC141POWER1LED1R410k12061R21k1R3,R53K2R14.7k1U1ATMEGA16LDIP401J6JTAGIDC-1012021/9/1747印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.4.2 拓展训练拓展训练21.项目设计要求项目

22、设计要求图5-47所示为以纠错控制电路。（1）原理图绘制要求正确使用元器件符号绘制原理图。每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。其中，AT89C52、MAX232、LCD12864、DAC0832等元器件的符号需要自己制作，或者更改库中提供的类似元器件。正确使用网络标号，不要错标、漏标。按模块绘制各部分电路，并用直线分开。2021/9/1748印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造对元器件进行手动布局。插座应放置在印制板的边缘，晶振CRY1和电容C1、C2应放置U1的12和13脚附件。将电源和地线都设置成60mil，其余导线设置成10mil；过孔的直径设置为35mil，孔径设置

23、为20mil，用手工方式进行布线。布线结束后，需要对电路板覆铜。布线参考如图5-45和5-46所示。2021/9/1749印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-45 图图5-46 2021/9/1750印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-47 2021/9/1751印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（2）PCB设计要求印制板尺寸：长：4960mil、宽：3780mil。设计成双面板。隐藏所有元器件参数标注。元器件封装排列要整齐紧凑。2.设计步骤设计步骤新建PCB项目文件，命名为“纠偏控制.PrjPcb”，在项目中新建原理图文件“纠偏控制.SchDoc”。

24、2021/9/1752印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造DesignatorCommentFootprintLibrary NameQuantity备注备注BZQ1,BZQ2,BZQ3,VOUT12864VR53元件符号和元件符号和封装自封装自制制C1,C230pFCAP0.3Miscellaneous Devices.IntLib2封装自制封装自制C3,C947uFCAP1封装自制封装自制C4,C5,C6,C7,C8,C10,C11,C12,C13,C14,C15104CAP0.311封装自制封装自制DB9DSUB1.385-2H9Miscellaneous Connectors.

25、IntLib1J1PWR2.5KLD-02021K1,K2,K3,K4,K5,K6,K7,K8,K9,K10,K11,K12,K13,K14,K15,K16,RESETSW-PBKEYMiscellaneous Devices.IntLib17封装自制封装自制LCD12864HDR1X201元件符号自元件符号自制制LED1,LED2LED3,LED4LED0LED-XALMiscellaneous Devices.IntLib4封装自制封装自制P1Header 9HDR1X9Miscellaneous Connectors.IntLib 1P2,P3Header 3HDR1X32POWERHe

26、ader 4X2HDR2X41封装自制封装自制2021/9/1753印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造R1,R3,R4,R5,R61K0603Miscellaneous Devices.IntLib5R210K06031S1SW DPDTPOWKEY1封装自制封装自制U1AT89C52DIP401元件符号自元件符号自制制U2MAX232DIP-161元件符号自元件符号自制制U3MC74HC573ANDIP20ON Semi Logic Latch.IntLib1U4,U5ADC0832BPP008TI Converter Analog to Digital.IntLib2U6DAC0

27、832DIP201元件符号自元件符号自制制U7LM324N646-06Motorola Amplifier Operational Amplifier.IntLib1Y111.0592XTAL_12Miscellaneous Devices.IntLib1封装自制封装自制2021/9/1754印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造按表5-2，添加元器件库、标注元器件参数、创建元器件库。绘制导线，放置电源符号、接地符号和网络标号。对绘制的原理图文件进行编译，然后保存原理图文件。在项目中新建PCB文件“纠偏控制.PCBDoc”。按尺寸要求在禁线层绘制电路板的边框，然后返回到原理图界面加载网络表。对元器件进行手动布局。插座应放置在印制板的边2021/9/1755印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造缘，晶振Y1和电容C1、C2应放置U1的19和20脚附件。将电源和地线都设置成40mil，其余导线设置成20mil；过孔的直径设置为35mil，孔径设置为20mil，用手工方式进行布线。参考布线如图5-48和5-49所示。2021/9/1756印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-48 2021/9/1757印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图5-49 2021/9/1758