第12-13讲简单PCB设计及实训

电路板设计与制作1电路板设计与制作制作：福建信息职业技术学院郭勇联系方式：[e-mail]电路板设计与制作2第12-13讲简单PCB设计及实训主要内容一、规划PCB二、放置焊盘、过孔和定位孔三、设置PCB元件库四、放置元件封装五、元件手工布局六、3D预览七、手工布线实训绘制简单的PCB电路板设计与制作3手工设计PCB是用户直接在PCB软件中根据原理图进行手工放置元件、焊盘、过孔等，并进行线路连接的操作过程，手工设计的一般步骤如下。⑴规划印制电路板。⑵放置元件、焊盘、过孔等。⑶元件布局。⑷手工布线。⑸电路调整。以下采用单管放大电路为例介绍手工布线方法，电路样图如图4-14所示。电路板设计与制作4在PCB设计中，首先要规划印制板，即定义印制板的机械轮廓和电气轮廓。印制板的机械轮廓是指电路板的物理外形和尺寸，需要根据公司和制造商的要求进行相应的规划，机械轮廓定义在4个机械层上，比较合理的规划机械层的方法是在一个机械层上绘制电路板的物理轮廓，而在其它的机械层上放置物理尺寸、队列标记和标题信息等。印制板的电气轮廓是指电路板上放置元件和布线的范围，电气轮廓一般定义在禁止布线层上，是一个封闭的区域。通常在一般的电路设计中仅规划PCB的电气轮廓，本例中采用公制规划。一、规划PCB电路板设计与制作5⑴执行菜单“设计”→“PCB板选择项”，设置单位制为Metric（公制）；设置可视栅格1、2分别为1mm和10mm；捕获栅格X、Y均和元件网格X、Y均为0.5mm。⑵执行菜单“设计”→“PCB板层次颜色”，设置显示可视栅格1（VisibleGrid1）。⑶执行菜单“工具”→“优先设定”，屏幕弹出“优先设定”对话框，选中“Display”选项，在“表示”区中选中【原点标记】复选框，显示坐标原点。⑷执行菜单“编辑”→“原点”→“设定”，定义相对坐标原点，设定后，沿原点往右为+x轴，往上为+y轴。⑸用鼠标单击工作区下方标签中的，将当前工作层设置为KeepOutLayer。电路板设计与制作6⑹执行菜单“放置”→“直线”进行边框绘制闭合电气轮廓。PCB尺寸：50mm×40mm。闭合坐标原点放置→直线电路板设计与制作7二、放置焊盘、过孔和定位孔1.放置焊盘焊盘有通孔式的，也有仅放置在某一层面上的贴片式（主要用于表面封装元件），外形有圆形（Round）、正方形（Rectangle）和正八边形（Octagonal）等，如图4-18所示。执行菜单“放置”→“焊盘”或单击放置工具栏上按钮，进入放置焊盘状态，移动光标到合适位置后，单击鼠标左键，放置焊盘。电路板设计与制作8双击焊盘调出属性对话框，可以编辑焊盘属性，如图5-16所示。用鼠标单击选中的焊盘，用鼠标左键点住控点，可以移动焊盘。本例中，添加6个通孔式焊盘，其中输入2个、电源端及接地端2个，输出2个，以便与外部连接。电路板设计与制作92.放置过孔过孔用于连接不同层上的印制导线，过孔有三种类型，分别是通透式、隐藏式和半隐藏式。执行菜单“放置”→“过孔”或用单击放置工具栏上按钮，放置过孔。在放置过孔状态下，按下键盘的Tab键，调出过孔属性对话框，可以设置过孔的孔径、直径、过孔起始层和终止层及过孔所在的网络等。本例中由于是单面板设计，无须使用过孔。电路板设计与制作103.制作定位孔在电路板中，经常要用螺丝来固定散热片和PCB，或者打定位孔，它们与焊盘或过孔不同，一般不需要有导电部分。在实际设计中，可以利用放置焊盘或过孔的方法来制作螺丝孔。下面以放置焊盘的方法为例介绍螺丝孔的制作过程。⑴放置焊盘，编辑焊盘属性，如图5-18所示，选择圆形焊盘，并设置X尺寸、Y尺寸和孔径为相同值，目的是不要表层铜箔。⑵在“属性”区中，取消【镀金】后的复选框，目的是取消在孔壁上的铜。⑶单击“确定”按钮，在合适位置放置焊盘，此时即为螺丝孔。图4-22中在板的四角放置了4个3mm的螺丝孔。电路板设计与制作11螺丝孔也可以通过放置过孔的方法来制作，具体步骤与利用焊盘方法相似，只要在过孔的属性对话框中设置直径和孔径为相同值即可。孔径、X-尺寸及Y-尺寸大小一致电路板设计与制作12三、设置PCB元件库单管放大电路的元件封装形式均在MiscellaneousDevice.IntLIB库中，设计前需将其设置为当前库。1.设置元件库显示封装名和封装图形Protel2004中元件库是集成的，它包括元件图形、封装、参数等信息。进入系统后，默认显示集成库的信息，不利于选择元件封装，此时可以通过设置显示信息为元件封装，便于调用封装。单击工作区右侧的【元件库】标签，系统弹出元件库面板，如图4-23所示，单击“…”按钮，屏幕弹出元件库显示信息窗口，如图4-24所示，去除【元件】的复选状态，选中【封装】复选框，单击“Close”按钮，屏幕出现图4-25的元件库面板，显示封装信息。电路板设计与制作132.加载元件库在Protel2004中，PCB库文件一般集成在集成库中，扩展名为“.IntLib”，在原理图设计中可直接选择元件封装。该软件也提供了一些未集成的PCB库，扩展名为“.PcbLib”，位于Altium2004\Library\Pcb目录下。元件封装也可以自行设计，调用自行设计的元件封装时必须先加载自定义的元件库。安装元件库的方法与原理图设计中的相同，可以单击图4-23中的“元件库”按钮进行元件库设置，本例的封装形式均在MiscellaneousDevice.IntLIB库中。注意：路径选择“Altium2004SP2\Library\Pcb”，只包含PCB封装库；若为“Altium2004SP2\Library”，则包含集成元件库和PCB封装库。电路板设计与制作14四、放置元件封装1.通过菜单或相应按钮放置元件执行菜单“放置”→“元件”或单击配线工具栏按钮，屏幕弹出放置元件对话框，如图4-28所示。以放置三极管封装为例，在“封装”栏中输入元件封装名，如图中的BCY-W3/E4；在“标识符”栏中输入元件标号，如图中的V1；在“注释”栏中输入元件的型号或标称值，如图中的2N3904。参数设置完毕，单击“确认”按钮，将元件移动到适当的位置单击鼠标左键放置元件。放置元件后，光标上自动粘贴着一个相同的元件，可继续放置元件，标号自动加1（如V2）；单击鼠标右键，屏幕弹出“放置元件”对话框，可以设置要放置的新元件封装；单击“取消”按钮则退出放置状态。电路板设计与制作15本例中电阻的封装形式选择AXIAL-0.4，三极管的封装形式选择BCY-W3/E4，电解电容的封装形式选择CAPPR2-5x6.8。电路板设计与制作162.从元件库中直接放置⑴选择封装库⑵选择封装⑶查看封装图形⑷单击放置元件电路板设计与制作173.设置元件属性双击元件，屏幕弹出图4-31所示的元件属性对话框，可以进行元件属性设置。电路板设计与制作18五、元件手工布局1.手工移动元件⑴用鼠标移动元件。光标移到元件上，按住鼠标左键不放，将元件拖动到目标位置。⑵使用菜单命令移动元件。执行菜单“编辑”→“移动”→“元件”实现。⑶拖动元件和连线。用于同时移动元件和印制导线，执行菜单“编辑”→“移动”→“拖动”实现，一般使用前执行菜单“工具”→“优先设定”，选中“ConnectedTracks”设定拖动连线。⑷在PCB中快速定位元件。在PCB较大时使用。执行菜单“编辑”→“跳转到”→“元件”，输入要查找的元件标号，单击“确认”按钮，光标跳转到指定元件上。电路板设计与制作192.旋转元件用鼠标单击选中元件，按住鼠标左键不放，同时按下键盘的X键进行水平翻转；按Y键进行垂直翻转；按空格键进行指定角度旋转。3.元件标注的调整元件布局调整后，往往元件标注的位置过于杂乱，布局结束还必须对元件标注进行调整，一般要求排列要整齐，文字方向要一致，不能将元件的标注文字放在元件的框内或压在焊盘或过孔上。元件标注的调整采用移动和旋转的方式进行，与元件的操作相似。在Protel2004中，系统默认的注释是处于隐藏状态，一般为了便于读图，应将其设置为显示状态。双击要修改的元件，屏幕弹出元件属性对话框，在“注释”区取消【隐藏】即可。电路板设计与制作20图4-32所示的元件布局图中，元件的标注文字未调好，存在重叠、反向及堆积在元件上的问题，由于该元件的标注文字在顶层丝网层上，有些标号将被元件覆盖。为保证PCB的可读性，必须手工移动好元件的标注，经过调整标注后的电路布局如图4-33所示。电路板设计与制作21执行菜单“查看”→“显示三维PCB板”，对电路板进行3D预览，系统自动产生3D预览文件，如图4-34所示，图中三极管V1在PCB3D库中没有元件模型，故未显示元件3D图形。六、3D预览电路板设计与制作22七、手工布线1.设置工作层执行菜单“设计”→“PCB板层次颜色”，屏幕弹出“板层和颜色”对话框，在要设置为显示状态的工作层中后的【表示】复选框内单击打勾，选中该层。本例中采用单面布线，元件采用通孔式元件，故选中BottomLayer（底层）、TopOverlay（顶层丝网层）、Keep-outLayer（禁止布线层）及Multi-Layer（焊盘多层）。PCB单面布线的布线层为BottomLayer，故在工作区的下方单击【BottomLayer】标签，选中工作层为BottomLayer。电路板设计与制作232.为手工布线设置栅格在电路工作区中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“捕获栅格”子菜单，屏幕弹出栅格设置对话框，从中可以选择捕获栅格尺寸，本例中选择0.500mm。3.通过“放置直线”的方式布线通过“放置直线”方式放置的印制导线可以放置在PCB的信号层和非信号层上，当放置在信号层上，具有电气特性，称为印制导线；当放置在其它层，代表无电气特性的绘图标志线，在规划PCB时就是采用这种方式放置导线。执行菜单“放置”→“直线”，进入放置PCB导线状态，系统默认放置线宽为10mil的连线，若在放置连线的初始状态时，单击键盘上的Tab键，屏可以修改线宽和线的所在层。电路板设计与制作24连线示意如图4-37所示。在放置印制导线过程中，同时按下Shift+空格键，可以切换印制导线转折方式，共有六种，分别是45°、弧线、90°、圆弧角、任意角度和1/4圆弧转折，如图4-38所示。电路板设计与制作25本例中设计的是单面板，故布线层为BottomLayer（底层），手工布线后的电路如图4-39所示，其中印制导线的线宽设置为1.2mm，焊盘的直径为1.8mm，采用了45°和1/4圆弧转折方式。电路板设计与制作264.编辑印制导线属性双击PCB中的印制导线，屏幕弹出图4-41所示的印制导线属性对话框，可以修改印制导线的属性。在印制板设计中，一般地线要加宽一些，加宽地线可以先将原来的地线删除，然后执行菜单“放置”→“矩形填充”，在相应位置单击鼠标左键拉出一个矩形填充区进行放置。本例中将地线宽度修改为2.5mm，如图4-42所示。电路板设计与制作27实训绘制简单的PCB实训目的⑴掌握PCB设计的基本操作。⑵初步掌握电路板的手工布线。电路板设计与制作28实训内容⑴启动Protel2004，新建并保存项目文件“MYPCB.PRJPCB”，新建PCB文件并保存为“MYPCB.PCBDOC”。⑵执行菜单“设计”→“PCB板选择项”，设置单位制为Imperial（英制）；设置可视栅格1、2分别为10mil和100mil；捕获栅格X、Y和元件网格X、Y均为10mil。⑶执行菜单“设计”→“PCB板层次颜色”，设置显示可视栅格1（VisibleGrid1）。⑷载入MiscellaneousDevice.IntLIB和GennumVideoBufferAmplifier.IntLib元件库。⑸在KeepOutLayer层上定义矩形电气轮廓，大小为1960mil×1560mil，边框线的宽度为10mil。电路板设计与制作29⑹放置元件RAD-0.2两个，元件DIP-14一个，元件AXIAL-0.4两个，元件SIP8一个，并如图4-84所示调整元件位置