项目2双面PCB的设计与制作-任务5

印制电路板的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项目2双面PCB的设计与制作—任务5设计双面PCB印制电路板的设计与制造任务5设计双面PCB5.1创建元器件的封装库和集成库5.2PCB的设计规则5.3双面PCB设计5.4拓展训练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5.1.1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。86754321109600mil100mil510mil750mil图5-1印制电路板的设计与制造1.启动元器件编辑器执行菜单命令“File”→“New”→“Library”→“PCBLibrary”，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5-2印制电路板的设计与制造单击“PCBLibrary”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5-3印制电路板的设计与制造2.栅格设置执行菜单命令“Tools”→“LibraryOptions”命令（快捷键为T，O）打开BoardOptions对话框，如图5-4.图5-4印制电路板的设计与制造图5-5印制电路板的设计与制造3.添加焊盘执行“Place”→“Pad”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Pad[mil]对话框，如图5-6所示。图5-6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①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TopOverlay标签。②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5-7印制电路板的设计与制造5.1.2创建元器件的集成库1.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：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5-8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主要有以下几个步骤：①创建集成库包②增加原理图符号元件③为元件符号建立模块联接④编译集成库3．实例①执行菜单命令File→New→Project→IntegratedLibrary（集成库），如图5-9所示。新建一个集成库印制电路板的设计与制造工程，默认名称为Integrated_Library1.LibPkg。②执行菜单命令File→SaveProject将工程保存为MyLib.LibPkg。③执行菜单命令File→New→Library→SchematicLibrary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5-9印制电路板的设计与制造④执行菜单命令File→New→Library→PCBLibrary创建原理图库，并命名为MyLib.PcbLib，如图5-10所示。然后按照前面的方法绘制原理图符号对应的封装。⑤执行菜单命令Project→CompileIntegratedLibraryMyLib.LibPkg对生成的集成库MyLib.LibPkg进行编译，如图5-11所示。图5-10印制电路板的设计与制造5.2PCB的设计规则5.2.1PCB布局规则①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5-11印制电路板的设计与制造1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:24-Mar-2010SheetofFile:D:\教学文件\09~10第2学期\课件\线性电源单面板.ddbDrawnBy:AC1AC2+3-4B1BRIDGE2C1C2CAPC3C4CAPVin1GND2Vout3SR17815+15VGNDAC21AC221234CN11234CN2AC21AC22AC21AC22GND+15VGND+15V图5-12印制电路板的设计与制造②元器件距离印制板边缘不小于200mil(5.08mm)。③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50～100mil,小型表面安装器件布局时，栅格设置不少于25mil。④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1～1.5mm范围内不能放置过孔和走线等。印制电路板的设计与制造⑤优先布局重要的单元电路和核心元器件，如图5-13.⑥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。⑦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。⑧按照均匀分布、重心平衡、板面美观的标准优化布局。图5-13印制电路板的设计与制造5.2.2PCB布线规则①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5-14印制电路板的设计与制造②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5-15印制电路板的设计与制造③屏蔽保护规则如图5-16所示，图中将信号线用地屏蔽线包围起来。图5-16印制电路板的设计与制造④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5-17印制电路板的设计与制造⑤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5-18印制电路板的设计与制造⑥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5-19印制电路板的设计与制造⑦倒角规则：防止信号线在不同层间形成自环，如图5-20。图5-20印制电路板的设计与制造⑧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5-21印制电路板的设计与制造⑨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5-22图5-23印制电路板的设计与制造c.集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5-25图5-24印制电路板的设计与制造5.3双面PCB设计5.3.1创建PCB文件规划电路板1.创建PCB文件2.PCB环境参数设置执行菜单命令Design→BoardOption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倍的捕获栅格，显示标记Marker设置为Line（在进行布线时，应将其改为Dot）。印制电路板的设计与制造3.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5-26印制电路板的设计与制造4.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印制电路板的设计与制造5.3.2装载网络表5.3.3数字钟PCB布局元件载入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：①数码管作为时间的显示应放置在电路板的边缘。②集成电路要排列整齐。1.元件对齐和均匀分布操作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：①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Align→AlignVerticalCenters后，用鼠标选择DS4，所有被选中的数码管全都与DS4垂直对齐。5-28印制电路板的设计与制造②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Align→DistributeHorizontally，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5-29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PCB的参考布局如图5-31所示。图5-30印制电路板的设计与制造图5-31印制电路板的设计与制造5.3.4数字钟PCB布线1.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。印制电路板的设计与制造（3）过孔设置执行菜单命令Design→Rules，在弹出的对话框中选择RoutingViaStyle选项设置过孔尺寸。如图5-35所示，单击OK按钮完成设置。图5-35印制电路板的设计与制造2.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。印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。5.3.5DRC5.3.6生成Gerber文件IC焊盘在顶层此布线在底层放置过孔顶层布线实现连接图5-38图5-37图5-36印制电路板的设计与制造图5-39印制电路板的设计与制造图5-40印制电路板的设计与制造5.4.1拓展训练11.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①正确使用元器件符号绘制原理图。②每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。③正确使用网络标号，不要错标、漏标。④发光二极管、插座J1~J4要排列整齐，高度要一致5.4拓展训练印制电路板的设计与制造C2104C4104C6102C7104C815pC915pR21kR410kD341481234J8CRY111.0592+C161000uFC1106R14.7k1234J7VCCGND投币器接口12VGNDVCCVCCGND12VGND12345678910J6JTAGVCCVCCGNDRSTRSTR33KVCC新加进去的上拉电阻电源输入插座PB0(XCK/T0)1PB1(T1)2PB2(INT2/AIN0)3PB3(OC0/AIN1)4PB4(.SS)5PB5(MOSI)6PB6(MISO)7PB7(SCK)8.RESET9VCC10GND11XTAL212XTAL113PD0(RXD)14PD1(TXD)15PD2(INT0)16PD3(INT1)17PD4(OC1B)18PD5(OC1A)19PD6(ICP1)20PD7(OC2)21PC0(SCL)22PC1(SDA)23PC2(TCK)24PC3(TMS)25PC4(TDO)26PC5(TDI)27PC6(TOSC1)28PC7(TOSC2)29AVCC30GND31