第5单元工程项目PCB高级设计电子课件中职 电子线路CAD设计与仿真().pptx
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1、第5单元 工程项目PCB 高级设计电子课件 中职 电子线路CAD设计与仿真(高教版)第五单元 工程项目PCB高级设计了解印刷电路板PCB层次概念,熟悉层次设计参数及规则,熟悉印刷电路板PCB层次编辑环境,掌握PCB工作层参数设计和系统管理。进一步掌握PCB手工布局、手工布线的操作方法,理解PCB板上各元器件间正确交互布线的意义。掌握电路板覆铜设计的目的和作用,能进行电路板覆铜的设置和设计操作。了解PCB菲林纸的打印和PCB制板后期处理的一般操作步骤。本单元综合教学目标1进一步掌握印刷线路板板层设置。2熟练进行PCB手工布局操作。3掌握PCB手工布线的一般操作方法。4会进行PCB板敷铜操作。5可
2、以进行PCB菲林纸的打印环境设计(具备条件的)。6可以进行PCB板的制作及后期处理(具备条件的)。岗位技能综合职业素质要求第五单元 工程项目PCB高级设计教学目录项目二项目三 项目四项目五项目一习题实训单元小结第五单元 工程项目PCB高级设计(1)进一步熟悉PCB工作层的定义及参数设置,掌握PCB编辑器工作环境参数的具体设置。(2)掌握PCB尺寸设计。项目一 电路板层的设计管理学习目标能温故知新吗?问题导读项目一 电路板层的设计管理(a)PCB Top Layer(正面图)(b)PCB Bottom Layer(反面图)在第四单元中已经介绍了电路板的基础知识,如PCB有单面板、双面板和多层板,
3、所有这些板都是由层面构成的。图5-1-1 汽车多功能报警器主板知识拓展PCB 的尺寸与层项目一 电路板层的设计管理 PCB的大小要适中,PCB板子过大,则印制导线长,阻抗增加,不仅抗噪声能力下降,成本也高;PCB板子过小,则散热不好,同时易受临近线条干扰。PCB涉及的各种“层”不是虚拟的,而是在印刷板材料本身实实在在存在的各负其责的各个铜箔层。PCB不仅有上下两面供走线,在PCB的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。(1)丝印层(Overlay)为方便电子元器件的安装和电路的维修,在PCB上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等。(2)SMD的使用 SMD封装器件,即表面焊接电子元器件(贴片
4、元件),这类器件的最大特点是单面分布元器件引脚孔。(3)各类膜(Mask)“膜”可分为助焊膜(Top or Bottom Solder Mask)和阻焊膜(Top or Bottom Paste Mask)两类。(4)内层和中间层 中间层是指用于布线的中间板层,该层中布的是导线;内层是指电源层或地线层,该层一般不布线,它是由整片铜膜构成。知识链接再续层!项目一 电路板层的设计管理任务一 PCB工作层与管理1首先,新建一个“交通彩灯电路”的工程项目文件,再新建一个PCB文件,命名为“交通彩灯电路.PCBDOC”。图5-1-22单击菜单命令Design|Layer Stack Manager,即可
5、进入如图5-1-2所示的Layer Stack Manager对话框。以“交通彩灯电路”为例,说明工作层及管理。做中学 4如果设置电路板为四层,在图5-1-2所示的Layer Stack Manager对话框中,单击左下角的(菜单)按钮,即可弹出如图5-1-3所示的菜单。图5-1-3 Menu菜单任务一 PCB工作层与管理 3完成设置后,单击OK按钮关闭对话框。做中学5将鼠标移到(系统提供一些实例电路样板供用户选择)选项上即可展开下一级子菜单,如图5-1-4所示。此时单击 选项,即可执行建立四层电路板的命令,此时,Layer Stack Manager对话框中PCB示意图就变成如图 5-1-5
6、 所示的模式(见下页)。任务一 PCB工作层与管理图5-1-4 PCB类型做中学图5-1-5 设置为四层电路板工作模式任务一 PCB工作层与管理做中学课外园地任务一 PCB工作层与管理学习Board Layers and Colors对话框 单击DesignBoard Layers&Colors 菜单命令项,弹出 Board Layers and Colors(板层和颜色)设置对话框,如图5-1-8所示。图5-1-8课外阅读任务一 PCB工作层与管理散热的布局设计 从有利于电子元器件散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不小于2Cm,器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则
7、。采用合理的器件排列方式,可以有效地降低印制电路的温升,从而使器件及设备的故障率明显下降,电路板使用年限会明显增加。PCB的可靠性与具体电路还有着密切的关系。(1)学会对指定电子元器件的交互布局的操作方法,使PCB板的布局更合理更完美。(2)掌握交互布局的关键操作步骤。项目二 交通彩灯电路板的交互布局学习目标实物布局考虑了吗?问题导读 项目二 交通彩灯电路板的交互布局(a)汽车多功能报警器实物图(运行中)(c)AT89S52单片机小开发板布局实物图(LED运行中)(b)两路LED交通彩灯布局实物图图5-2-1 实物布局知识扩展布局应遵循的原则(续)通常,布局还应考虑以下原则:(1)尽可能缩短高
8、频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带强电的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。(3)重量超过15g的元器件,应当用支架加以固定,然后焊接。热敏元件应远离发热元器件。(4)对于可调元器件的布局应考虑整机的结构要求.项目二 交通彩灯电路板的交互布局知识链接混合信号PCB设计 混合信号PCB设计是一个复杂过程,设计时要注意几点:(1)将PCB最大限度分区为独立的模拟和数字电路部分。(2)合理的单元功能电路及元器件布局,实现模拟和数字电源分割布局。(3)注意A/D转换器跨分区放置
9、。(4)不要对地进行分割。在PCB的模拟和数字电路部分下面敷设统一地。(5)在电路板所有层中,数字信号只能在数字部分布线。(6)在电路板所有层中,模拟信号只能在模拟部分布线。(7)布线不能跨越分割电源面之间的间隙。(8)采用正确的布线规则。项目二 交通彩灯电路板的交互布局任务一 交互布局操作做中学 1打开项目一中新建的“交通彩灯电路”工程项目文件,在其下新建一个原理图文件,绘制第三单元习题与实训中的交通信号灯电路原理图,并命名为“交通彩灯电路.SchDoc”,并最终完成原理图的检查与修改。2在“交通彩灯电路”工程项目下,再新建一个PCB文件,命名为“交通彩灯电路.PCBDOC”。图5-2-2
10、电路板规划图任务一 交互布局操作 3.单击PCB编辑窗口下方的Mechanical 1工作层选项标签,根据坐标绘制一个3650mil 2150mil大小的矩形框作为电路板的物理边界,然后切换到禁止布线层,在物理边界中绘制一个3550mil2050mil大小的矩形框作为电路板的电气边界。结果如图5-2-2所示。图5-2-4 Arc放置效果图任务一 交互布局操作做中学 4单击PlaceFull Circle(整圆法)菜单命令,进行放置圆弧即安装孔状态,此时,先移动鼠标指针指向(圆弧中心)坐标位置为X/Y均等于140mil位置处,再拖动鼠标指针向水平右移动到200mil坐标处单击确定半径位置,即设置
11、安装孔(Arc)半径为60mil。结果如图5-2-4所示。图5-2-5 效果图任务一 交互布局操作做中学5选中刚放置的安装孔,按快捷键Ctrl+C,单击目标位置:参照X/Y坐标:(2510,140)(2510,2010)(140,2010),再按快捷键Ctrl+V,分别将安装孔放置到另外三个角处。放置结果如图5-2-5。图5-2-6 选择菜单任务一 交互布局操作 6单击Design|Update PCB Document 交通彩灯电路.PCBDOC,菜单命令项如图5-2-6所示。做中学任务一 交互布局操作 7系统将弹出如图5-2-7所示的Engineering Change Order(设计工
12、程项目变更)对话框。图5-2-7图5-2-7做中学 8单击 按钮执行验证变更命令,如果系统没有报错,则单击 按钮执行原理图变更,将网络表和元器件载入交通彩灯电路PCB编辑文件中,执行变更过程对话框如图5-2-8所示。如果系统报错,则需要关闭该对话框,回到原理图编辑器对原理图进行修改,然后再次执行更新PCB命令。任务一 交互布局操作图5-2-8任务一 交互布局操作做中学 9元器件封装和网络表载入到交通彩灯电路PCB编辑器中的结果,如图5-2-9所示。图5-2-9 载入元器件封装后窗口显示效果 10单击左下角的交通彩灯电路Room,并直接Del键将其删除。接下来进行手工交互布局。任务一 交互布局操
13、作 11将6个 LED 彩灯依据顺序移至电路板边缘,如图5-2-10所示。图5-2-10LED预布局 做中学任务一 交互布局操作 12选中这6只LED,单击Edit|AlignAlign菜单命令项,打开如图5-2-11所示的Align Objects(对齐目标)设置对话框。选中Horizontal(水平方向)区域的Space Equally(间距相等)以及Vertical(垂直方向)区域的Bottom(底端对齐。图5-2-11做中学任务一 交互布局操作 13单击OK按钮,返回PCB编辑状态,单击任意空白处,取消6个 LED选中状态,此时这 6 个LED对齐效果如图5-2-12所示。图5-2-1
14、2做中学任务一 交互布局操作15利用集群编辑功能,将这 6 个 LED Locked(锁定)设置为 True,Comment(标注)设置为True,设置过程如图5-2-13所示。(此过程前面单元有类似操作介绍)图5-2-13 集群编辑6个LED 将元器件LED Locked为True将元器件LED标注设置为True14将各个LED序号旋转方向并移至各自封装附近摆放好。做中学任务一 交互布局操作16按照元器件布局顺序与一般就近原则,将其它元器件也对照步骤1115全部手工布局完成。做中学17单击FileSave All,最终保存的交通彩灯电路PCB布局结果如图5-2-14所示。图5-2-14任务一
15、 交互布局操作18单击ViewBoard in 3D菜单命令项,电路3D仿真如图5-2-15所示。图5-2-15最终PCB的3D仿真效果图 做中学(1)学会对指定电子元器件的交互布线的操作方法,使PCB板的布线更合理、更符合特定要求。(2)掌握交互布线的关键操作步骤。学习目标项目三 交通彩灯电路板的交互布线今天你高速了吗?高速PCB设计问题导读 随着半导体技术的不断升级,电子系统设计复杂性和集成度的大规模提高,应用越来越广泛。三四年前,电子设计工程师们约 50%的设计时钟频率大约还在几十MHz到三四百MHz,现如今的设计主频主流已迈进GHz时代。我们不可能每个同行都掌握、都会设计,但至少要了解
16、它、熟知发展的前端技术及电子系统设计所面临的挑战与机遇。项目三 交通彩灯电路板的交互布线什么是高速电路?知识拓展(a)某电脑主板局部PCB图(b)某款光驱PCB图 图5-3-1 两种高速电路板项目三 交通彩灯电路板的交互布线什么是传输线?知识链接 项目三 交通彩灯电路板的交互布线 PCB板上的走线可等效为串联和并联的电容、电阻和电感结构。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后,连线上的最终阻抗称为特征阻抗。如果传输线和接收端的阻抗不匹配,那么输出的电流信号和电压信号最终的稳定状态将不同,这就引起信号在接收端产生反射,这个反射信号将传回信号发射端并再次反射回来。随着能量的减弱反射信号的
17、幅度将减小,直到信号的电压和电流达到稳定。这种效应被称为振荡。任务一 交互布线操作做中学 2单击Wiring工具栏中的 按钮或单击PlaceInteractive Routing菜单命令对话框,即可进入放置导线命令状态,此时光标变为十字形状。1打开交通彩灯电路.PRJPCB 工程项目文件,单击打开 Projects 面板下的“交通彩灯电路.PCBDOC”文件。下面以手工完成J-Power1到C3的接地导线设计,且宽度为40mil,其余采用自动布线。任务一 交互布线操作图5-3-2 捕获到J-Power1的2脚焊盘3移动光标到J-Power1的2脚并显示有GND字符的焊盘上,待光标变为图5-3-
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