第十一章 U盘PCB板设计电子课件中职 电子CAD-Protel DXP 2004 SP2电路设计（第2版） （）.ppt

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1、第十一章 U盘PCB板设计电子课件 中职 电子CAD-Protel DXP 2004 SP2电路设计（第2版）（高教版）第11章U盘PCB板设计 本章学习目标本章以制作U盘PCB板为例，介绍SMT多层板的制作技巧和编辑修改方法，以达到以下学习目标：理解多层板的含义，掌握多层板的创建方法。理解内电层的含义，内电层的属性设置和分割方法掌握常用SMT元件的引脚封装。掌握SMT元件引脚封装的制作方法。掌握手工修改导线的常用方法。11.1 确定和添加元件封装 因为U盘体积非常小巧，电路板面积很小，所以电路板中的元件绝大部分采用SMD元件，以节省电路板面积。根据前面章节的介绍，并结合元件的实际外形和管脚排

2、列情况，而且部分元件还参考了元件供应商提供的技术和封装参数，确定合适的元件封装如表所示。数码抢答器元件封装表 元件类型 元件封装 封装库 电阻R C1005-0402 Miscellaneous Devices.IntLib 无极性电容C C1005-0402 发光二极管 DSO-F2/D6.1 有极性电容 CC1608-0603 Chip Capacitor-2 Contacts.PcbLib U1（AT1201）SO-G5/Z3.6SOT 23-5 and 6 Leads.PcbLibU2（IC1114）F-QFP7X7-G48/X.3NFQFP(0.5mm Pitch,Square)-C

3、orner Index.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TSSO12X20-G48/P.5TSOP(0.5mm Pitch).PcbLibUSB接口J1USB自制封装库UPAN.PcbLib写保护开关SW1ZZSW晶体振荡器Y1 XTAL21.确定AT1201的封装 2.确定IC1114的封装 3.确定存储器K9F0BDUDB的封装 存储器U3的封装TSSO12X20-G48/P.5 11.1.2自制元件封装 USB接口J1的外形和引脚封装 写保护开关SW1的外形和引脚封装 晶体振荡器Y1的外形和封装 11.1.3 添加元件引脚封装 1.为单个元件添加封装2.利用全局修改为各类元件添加封

4、装 由于U盘元件很多，而且大部分元件的封装都采用贴片封装形式，而不是采用原原理图元件中的默认封装，所以如果采用逐个修改的方法，工作量将会很大，可以采取全局修改的方法。下面以全局修改电阻的封装为例。全局修改电阻的封装（1）将光标移到U盘原理图中的任意一个电阻上，单击鼠标右键，在弹出的对话框中选菜单 ，弹出如图所示的查找相似对象对话框，在【Resistor】项后选择【Same】，表示将选中图纸中所有的电阻。查找所有电阻 修改电阻封装可以看到图纸中所有电阻均处于选中状态，此时点击工作区右下方的【Inspect】按钮，弹出如图所示的Inspect面板，将【Current Footprint】栏修改为“

5、C10050402”，按回车键确认输入。11.2 新建PCB文件并绘制电路板边框 根据设计的要求和U盘外壳的限制，确定电路的长、高尺寸。经过分析，确定本电路板长、高参考尺寸为：4515mm，并且受外壳固定柱的限制，中间有一个半径为1mm的半圆形的缺口，便于该电路板固定于U盘外壳中，如图所示。11.2.1 利用向导制作U盘PCB板 单击【File】标签，将出现文件操作栏，选择【PCB Board Wizards】，将出现如图所示的PCB板向导欢迎界面。尺寸单位选择对话框 PCB板类型选择对话框 PCB板用户自定义对话框 适当减小禁止布线框离电路板边框的距离 信号层、内电源层选择对话框 过孔类型选

6、择对话框 元件类型选择对话框 导线、过孔、安全间距设置对话框 PCB板向导完成对话框 PCB板向导完成的电路板 11.2.2 手工修改PCB板轮廓 定位水平中心位置 11.2.2 手工修改PCB板轮廓 绘制二个半径1mm的半圆型缺口11.2.2 手工修改PCB板轮廓 最后效果11.3.1 载入元件引脚封装 11.3.2 设置内电层的网络属性 1.如图所示，执行【设计】/【层堆栈管理器】，弹出如下页图所示的层堆栈管理器对话框。层堆栈管理器对话框 修改内电层1的网络属性 双击层堆栈管理器对话框中的【Internal Plane1】层，弹出如图所示的层属性对话框，在【网络名】下拉列表框中选“VCC”

7、，将该层作为电源VCC内电层。设置好网络属性的内电层 11.4 多层板元件布局调整 元件载入PCB板后，就可以根据元件的布局规律进行布局，由于U盘电路板面积小元件多，元件密度很高，所以在布局前，必须仔细规划好元件的布局方案，U盘布局是否合理是整个项目的关键，它关系到U盘电路板布线是否成功以及整个电路的稳定性，因为本项目采用四层板，布线已经不是我们关注的首要问题。11.4.1 确定布局方案 在高密度电路板中，是否需要双面放置元件是设计者首先要考虑的问题。一般情况下，如果在顶层能够完成元件的布局，尽量不要将元件放置在底层，因为一方面会提高电路板的设计难度和成本，另一方面也会增加元件装配的工序和难度

8、。但对于U盘电路板而言，如果直接将元件放置在顶层，由于电路板太小，部分元件连放置的位置都没有，所以必须采取双面放置元件的办法。仔细分析原理图可以知道，U盘主要由以U2（IC1114）为核心的控制器电路和以U3（K9F0BDUDB）组成。所以可以考虑将二部分电路分别放置在顶层和底层，具体将U3（K9F0BDUDB）为核心的存储器电路放置在顶层元件面，而将U2（IC1114）为核心的控制器电路放置在底层的焊接面。11.4.2 设置布局参数 1.1.修改图纸参数修改图纸参数 执行菜单命令【设计】/【PCB板选择项】，将弹出如图所示的PCB图纸选项，将【捕获网格】和【元件网格】均修改为5mil，并将【

9、电气网格】修改为5mil。修改PCB图纸参数 2.修改元件安全间距 由于电路板面积太小，元件的安全间距可以设置得更小一些，从而使元件可以排列得更紧密一些，如可以将其修改到步距5mil以下，。执行菜单命令【设计】/【规则】，弹出PCB板规则对话框，双击【Placement】选项，再双击【Component Clearance】选项后，再选择其下部的【Component Clearance】选项，如图所示，在右边的规则栏中将【间隙】栏修改为5mil。修改元件安全间距 11.4.3 具体布局 根据布局原则，先确定相对于元件外壳，插孔位置等有定位元件的位置。本项目中有定位要求的元件有二个，一个是写保护

10、开关SW1，它必须与外壳的写保护开关孔对准，并且开关的拨动手柄必须向外。另一个为发光二极管LED1，它必须与外壳的小孔对准。（1）确定写保护开关SW1的位置，测量外壳写保护开关孔的尺寸，确定SW1的第2焊盘的定位尺寸如图所示。（2）将开关SW1的第2焊盘放置到指定位置（3）锁定SW1的位置 放置发光二极管LED1的位置 2.修改元件标注的尺寸大小 从图中可以看到，元件标注的尺寸太大，占了太多的面积，必须修改元件标注的尺寸大小。（1）将光标移到标注LED1上，单击鼠标右键，在弹出的对话框中选菜单，弹出所示的查找相似对象对话框，在【Designator】项后选择【Same】，表示将选中图纸中所有的

11、元件编号。(3)此时点击工作区右下方的【Inspect】按钮，弹出如图所示的Inspect面板，将【Text Heigh】字符高度栏修改为原来的一半，即“30mil”，将【Text Width】文字线条宽度修改为“5mil”，按回车键确认输入。3.确定顶层核心元件的位置 4.确定电源模块的布局 依据下图所示的电源原理图，确定电源部分的布局关系如下页图所示。同时也将写保护电路的电阻R24放置在SW1的右边，将LED1的限流电阻R11和电容C25也一并放置到图纸中。4.确定电源模块的布局 5.确定底层元件的布局 显示底层丝印层（2）放置底层关键元件U2先在顶层放置好元件U2 将元件U2翻转到底层焊

12、锡面 放置底层其它元件 11.5.1 内电层分割 多层板与双面板不同的地方在于多了内电层，内电层一般用于接地和接电源，使PCB板中大量的接地或接电源引脚不必再在顶层或底层走线，而可以直接（直插式元件）或就近通过过孔(贴片元件)接到内电层，极大地减少了顶层和底层的布线密度，有利于其它网络的布线。但有时一个系统中可能存在多个电源和地，如常见的+5V、+12V、-12V、-5V等电源，而接地网络也有电源地，信号地，模拟地、数字地之分，如果再采用一个电源或接地网络对应一个内电层的方法，势必导致内电层的数目太多，电路板的制作成本成倍增加。此时可以采取内电层分割的办法，将一个内电层分割为几个部分，将某个电

13、源或接地网络引脚比较密集的区域划分给该网络，而将另一个区域划分给其它电源或接地网络。1.将当前层转换为内电层1【Internal Plane 1】。2.隐藏其它无关层。由前面的布局可知，与VUSB网络连接的元件全部位于顶层，为了更好的进行区域划分，可以将底层信号层和底层丝印层全部关闭，使底层元件暂时不显示，并将图纸放大并显示与VUSB网络连接的焊盘区域。3.分割内电层。选择画直线工具，沿着包含VUSB焊盘的区域画出一个封闭区域，如图所示。4.修改分割后的内电层网络属性。双击封闭区域中被分割出来的内电层，弹出如图所示的内电层属性对话框，将其连接到【VUSB】网络。11.5.2 USB连接插头J1

14、焊盘属性修改 USB连接插头J1连接固定支架的0号焊盘，由于原理图中没有引脚与其对应，一般希望其接地，以提高电路的抗干扰能力，所以必须将J1的二个0号焊盘属性修改为“GND”，以便自动布线时自动与内电层GND相连。如图所示。11.6 多层板自动布线 11.6.1 设置多层板布线参数设置多层板布线参数执行【设计】/【规则】菜单命令，设置各项参数。其中最关键的参数有安全间距【Clearance】，布线层面【Routing Layers】和导线宽度【Width Constraint】，其它参数采用默认值即可。1.设置安全间距 安全间距指不同网络的导线与焊盘之间的最小距离，它的设置可以避免导线之间以及

15、导线与焊盘之间距离太小而短路或大火，但它的大小同时也决定了走线的难度和导线的布通率。在U盘中，供电电压很低，我们主要关心的是保证导线的布通率，所以将安全间距设置为4mil，如图所示。设置安全间距 设置双面板的布线层 导线规则设置 3.设置过孔尺寸 11.6.2 多层板自动布线 执行菜单命令【自动布线】/【全部对象】菜单命令，将弹出如图所示的自动布线策略选择对话框对话框，选用【Default Multi Layer Board】选项，表示将采用默认的多层板布线策略进行布线，点击【Route All】按钮，PCB板编辑器开始自动布线 U盘自动布线结果 元件引脚与内电层的连接方式 直插式元件引脚直接

16、与内电层相连 贴片元件引脚通过过孔与内电层相连11.7 手工修改多层板导线和覆铜U盘PCB板中自动布线完成后，有的导线弯曲过多，绕行过远，必须进行修改，修改一般采取先修改绕行弯曲现象比较明显的长导线，然后再微调其它局部需要调整的短导线。1.顶层导线分析p利用前面介绍的方法，暂时将底层信号层和丝印层，以及顶层丝印层隐藏起来，使工作区主要显示顶层导线，如图 所示，可以明显的看到有一处导线绕行过远。该导线绕行过远2.分析底层导线 p将顶层信号层和丝印层，以及底层丝印层隐藏起来，使工作区主要显示底层导线，如图11.65所示，也可以明显的看到有一处导线绕行过远。该导线绕行过远11.7.2 修改底层导线

17、由于导线修改时必须综合考虑到二个信号层导线的走线情况，所以将底层和顶层信号层均显示，而将底层和顶层丝印层全隐藏。1.撤销原导线 先执行菜单命令【工具】/【取消布线】/【连接】，出现十字光标，对准要撤销的导线，点击鼠标左键即可撤销原导线，如图所示。撤销导线后留下的飞线 2.规划新导线的路径，并对其它导线作必要的修改 先修改底层要修改的导线，该导线之所以绕行过远，是因为底层中有导线挡住了其连通的路径，必须将其调整，如图所示。需调整的过孔需调整的导线调整过孔的位置 调整好位置的过孔 调整导线的位置 调整好位置的导线3.绘制新导线，并添加必要的过孔 绘制底层导线添加的过孔绘制顶层导线 绘制顶层导线修改

18、顶层导线 新绘制的导线修改过的导线修改过的二条导线11.7.4 连接未布通的导线，并微调其它短导线需要微调的导线未连接到内电层的焊盘 1.将贴片元件引脚连接到内电层(a)放置过孔(1）放置过孔。贴片元件引脚必须通过过孔才能连接到内电层，所以必须在引脚附近添加过孔，利用放置工具中的过孔工具，在合适位置放置一个过孔，如图所示。（2）修改过孔属性。要使过孔能连接到VCC网络，并且使过孔和内电层VCC相连，必须修改过孔的属性，如下图所示，根据过孔要连接的网络，将【网络】修改为“VCC”，根据过孔要连接的层面，将【起始层】修改为【Internal Plane 1】，因为内电层Internal Plane

19、 1所接的正是“VCC”网络，将【结束层】修改为【Bottom Layer】，因为要连接的焊盘位于底层。修改过孔属性 可以看到过孔已经通过飞线连接到VCC网络，如图所示。（3）连接导线。将当前层面转换为底层，利用交互式连线工具手工连线，如图所示。(b)修改过孔属性 (c)连接导线 2.局部微调导线 1）删除局部导线。如图所示，删除局部要修改的导线，由于导线只是局部调整，所以不必使用撤销布线命令将整条导线撤销。2）放置过孔并修改属性 手工连接导线 调整后的顶层导线 调整后的底层导线 11.7.5覆铜 为了进一步提高U盘电路板的抗干扰和导电能力，对全部电路板进行大面积的接地网络覆铜，在覆铜之前，为了加大导线与覆铜之间距离，可以执行菜单命令【设计】/【规则】弹出PCB板规则对话框，暂时将规则中的安全间距加大为10mil，如图所示。加大安全间距 顶层覆铜效果 底层覆铜效果 本章小结 本章以制作U盘PCB板为例，讲解了多层板的含义和制作过程。重点讲解了多层板的创建，内电层属性的设置和分割，以及手工修改导线的常用方法。