認(rèn)識(shí)印刷電路板課件

1、電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)： 電路設(shè)計(jì)的最終目的是生成印刷電路板的PCB文件，根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)的結(jié)果將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件，在PCB設(shè)計(jì)中引入網(wǎng)絡(luò)表文件將引入電路元器件之間的連接。在設(shè)計(jì)印刷電路板之前，首先要了解印刷電路板的相關(guān)知識(shí)。因此本節(jié)的目的是講解一些印制電路板的基本概念以便于以后章節(jié)的學(xué)習(xí)。6.1 認(rèn)識(shí)印刷電路板電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件重點(diǎn)內(nèi)容： 印刷電路板的結(jié)構(gòu)：以多諧振蕩器為例 印刷電路板板層及板框 印刷電路板上的元器件 元器件封裝 課堂例題練習(xí)電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)

2、基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件一、印刷電路板的結(jié)構(gòu)： 印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)是架構(gòu)電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其作用是將計(jì)電路中各元器件間的電氣連接線做成銅膜走線，在一層或多層絕緣板子上繪制信號(hào)板層，并在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖迷骷庑畏庋b來(lái)安裝各個(gè)電子元器件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，印刷電路板按照結(jié)構(gòu)劃分為單面板、雙面板和多面板3種。(1)單面板 單面板是指只有一面敷銅的電路板，即所有的銅膜走線都在一個(gè)板層上面，因此設(shè)計(jì)人員只能在其敷銅的一面進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和放置元器件。它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適用于相對(duì)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)。但是對(duì)于稍復(fù)雜的電路而言，由于其只能一面走線的局限性使得布線困難

3、，容易造成無(wú)法布線的局面。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件(2)雙面板 雙面板顧名思義就是印刷電路板的兩面都可以布線，分為頂層（topLayer）和底層（bottomLayer）（如圖1所示）。建議設(shè)計(jì)人員一般只在頂層放置元器件，當(dāng)然在頂層和底層都放置元器件也是可以的，但盡量不要這樣做，只有在使用貼片元器件的時(shí)候建議采用。底層一般為焊錫層面，用于焊接元器件引腳。雙面板的制作工藝比單面板的制作工藝復(fù)雜的多，但采用雙面板可以設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的電路，由于它的雙面都可以走線，所以銅膜走線的布通率可以達(dá)到100%。雙面板是使用最廣泛的印制電路板結(jié)構(gòu)。電路設(shè)計(jì) Protel

4、 DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件圖1 雙面板結(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件(3)多層板 多層板是指由三層或三層以上的電路板，它是在雙面板的頂層和底層的基礎(chǔ)上，還包含若干中間層、電源層和地線層（如圖2所示）。雙面板的制作工藝非常的復(fù)雜，因此成本較高。但采用多層板可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路，另外板層越多，則布線的區(qū)域也就越多，布線就變得更加容易簡(jiǎn)單，并且具有一定的保密能力。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來(lái)越小巧精密，電路板的制作也越來(lái)越復(fù)雜，因此多層板的應(yīng)用也日趨廣泛。圖2 多層板結(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路

5、板課件二、印刷電路板板層及板框：n板層板層n 板層就是在印刷電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中可分層顯示的電路板結(jié)構(gòu)圖。PCB最多可以使用七十多個(gè)板層，其中可以有32個(gè)信號(hào)板層、16個(gè)內(nèi)層板層、16個(gè)機(jī)構(gòu)板層、2個(gè)防焊板層、2個(gè)錫膏板層、2個(gè)絲印板層、2個(gè)鉆孔板層、1個(gè)禁制板層、1個(gè)多任務(wù)板層和多個(gè)顯示用途板層。每一類有其具體的使用意義，例如信號(hào)板層（如頂層和底層）對(duì)應(yīng)電路板實(shí)體銅膜走線的分布圖；絲印板層沒(méi)有電氣性質(zhì)，純粹是為了在電路板上標(biāo)注說(shuō)明文字或用于屏幕窗口顯示。下面就各類板層的作用做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件 信號(hào)板層最多可以有32層，32層具體

6、是頂層板層、底層板層和30個(gè)中間板層。信號(hào)板層通常用來(lái)定義PCB銅膜走線、焊點(diǎn)和導(dǎo)孔等具有實(shí)體對(duì)象，是對(duì)應(yīng)到實(shí)體電路板中最重要的板層，基本體現(xiàn)了整個(gè)電路的電氣特性。本板層上放置的任何走線和對(duì)象都是代表電路板上有鋪置銅膜的區(qū)域。 內(nèi)層板層最多可以有16層，通常作為電源(VCC、VDD)或接地(GND)信號(hào)的板層，當(dāng)然有些情況允許采用內(nèi)層分割方式來(lái)連接一般信號(hào)。使用內(nèi)層板層的優(yōu)點(diǎn)是可以降低布線復(fù)雜度。本板層放置的走線與對(duì)象代表線路板上不鋪銅膜的區(qū)域。只要將內(nèi)層板層指定好網(wǎng)絡(luò)名稱，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地將相同名稱的網(wǎng)絡(luò)走線通過(guò)導(dǎo)孔與內(nèi)層板層連接起來(lái)。 機(jī)構(gòu)板層最多可以有16層，只是一些表示層，通常用來(lái)標(biāo)示電路

7、板在制造或組合時(shí)所需要的標(biāo)記，如尺寸線、對(duì)齊標(biāo)記、數(shù)據(jù)標(biāo)記、螺絲孔、組合指示和其它電路板實(shí)體標(biāo)示。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件 防焊板層可以有頂層與底層兩層，是印刷電路板對(duì)應(yīng)電路板文件中的焊點(diǎn)和導(dǎo)孔數(shù)據(jù)自動(dòng)生成出來(lái)的板層，主要用于涂刷阻焊漆。阻焊漆顧名思義就是一種無(wú)法在上面進(jìn)行焊接操作的油漆材料，一般是綠色的。本板層上顯示的焊點(diǎn)和導(dǎo)孔部分就是代表電路板上不鋪?zhàn)韬钙岬膮^(qū)域，也就是可以進(jìn)行焊接的部分。 錫膏板層最多可以有頂層和底層兩層。它和防焊板層很相似，不過(guò)它們是用來(lái)對(duì)應(yīng)表面粘著式元器件焊點(diǎn)的（何謂表面粘著式元器件在本章后面小節(jié)介紹）。 絲印板層共有頂層和

8、底層兩層，不過(guò)底層并不常用。它們主要在于記錄電路板上供人觀看的信息。印刷線路板設(shè)計(jì)軟件會(huì)自動(dòng)地將PCB文件內(nèi)的元器件外形符號(hào)、序號(hào)和批注字段的設(shè)置值送入這些板層內(nèi)。 鉆孔板層有兩層，分別是鉆孔指引板層和鉆孔圖板層。它們都是由印刷電路設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)生成的板層，記錄了制作流程中所需要的鉆孔數(shù)據(jù)。 禁制板層只有一層，通常用來(lái)定義板框，也就是規(guī)范元器件布置與布線的合法區(qū)域。我們可以使用板框向?qū)?lái)協(xié)助生成板框，也可以直接在該板層用銅膜走線繪制出封閉的板框區(qū)域；必要時(shí)，也可以生成或繪制出中心有封閉缺口的板框。因用來(lái)提供電線、馬達(dá)之類的機(jī)械對(duì)象從電路板中穿過(guò)的信道。在后面章節(jié)具體介紹在禁制板層上設(shè)計(jì)板框。電路

9、設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件 多任務(wù)板層只有一層，放置在該板層中的對(duì)象在設(shè)計(jì)輸出時(shí)將自動(dòng)地附加到所有信號(hào)板層中。該板層最主要的用途在于快速地將跨信號(hào)板層的對(duì)象(尤其是焊點(diǎn)和導(dǎo)孔)一次就放置妥當(dāng)。顯示用途板層只供顯示消息，不允許擺置PCB對(duì)象。以下簡(jiǎn)單介紹這些顯示用途板層的使用目的。連接板層(Connect)主要顯示對(duì)象間的預(yù)拉線情況。DRC錯(cuò)誤板層(DRCErrors)主要顯示電路板上違反DRC的檢查標(biāo)記?？梢暩顸c(diǎn)板層(VisibleGridl&2)主要顯示可視格點(diǎn)或網(wǎng)格線，共有2層，可同時(shí)顯示，也可以個(gè)別顯示。焊點(diǎn)板層(PadHoles)與導(dǎo)孔板層(Via

10、Holes)分別顯示焊點(diǎn)與導(dǎo)孔的鉆孔外觀。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件2.2.板框板框 板框就是為了規(guī)范元器件自動(dòng)布置、自動(dòng)布線和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查操作功能所定義出來(lái)的合法區(qū)域。對(duì)印刷電路板而言，板框就是在禁制板層上用銅膜走線繪制出來(lái)的封閉區(qū)域。當(dāng)然我們可以使用手工繪制的方式來(lái)定義板框，這樣比較有靈活性。不過(guò)在大部分場(chǎng)合中，我們都是使用印刷電路板設(shè)計(jì)軟件提供的板框向?qū)?lái)定義板框。至于如何利用向?qū)Щ蛑苯尤斯ざㄖ瓢蹇驎?huì)在后面章節(jié)介紹。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件三、： 印刷電路板中所使用的電子元器件，根據(jù)其實(shí)體外觀大致可分為

11、針腳式元器件與表面粘著式元器件兩大類。針腳式元器件的體積較大并帶有直針式的接腳，這是比較常用的元器件，如實(shí)驗(yàn)室利用面包板接線做實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的雙列直插芯片、電阻和電容等元器件都是屬于針腳式元器件。制作針腳式元器件的電路板必須先在板上鉆孔才能夠擺放電路元器件，但是可以方便的在普通的銅膜板上驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)是否正確。工業(yè)界利用錫爐或噴錫流程來(lái)完成針腳直插式元器件焊接操作；當(dāng)然在學(xué)?；蚴莻€(gè)人開(kāi)發(fā)制作方面，就得靠手工進(jìn)行焊接操作。如圖3所示的是一些常見(jiàn)針腳式元器件的例子。 電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件 表面粘著式元器件焊點(diǎn)只限于表面板層，可以是頂層也可以是底層，兩層之

12、間使用過(guò)孔連接實(shí)現(xiàn)電路的完整性。使用表面粘著式元器件的電路板就不需要經(jīng)過(guò)鉆孔的手續(xù)，工業(yè)上焊接方法是將錫膏倒在電路板上，然后配合錫膏板層清理出焊點(diǎn)，接著倒上液體狀的焊錫，再將元器件擺上去就可以完成焊接的步驟了。由于制作流程較簡(jiǎn)易，成本低廉，加上SMD元器件體積較小，電路板的密度可以提高，所以現(xiàn)在商品化產(chǎn)品幾乎都是這種形式的電路板。 由于表面粘著式元器件的接線引腳間距十分緊密（焊點(diǎn)間距和銅膜走線間距很?。沂褂玫你~箔面至少是雙面板的原因，如果是個(gè)人做開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)不建議采用這種表面粘著式元器件，因?yàn)閭€(gè)人焊接過(guò)程中容易造成虛焊、漏焊等一系列問(wèn)題，從而浪費(fèi)了大量的人力物力，延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)周期。如果非要采用

13、表面粘著式元器件，那么建議要配合表面粘著式元器件轉(zhuǎn)針腳式的引腳插座一起使用。如圖4所示是一些常見(jiàn)表面粘著式元器件的例子。比較圖3和4可以容易的得出表面粘著式元器件的優(yōu)點(diǎn)。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件四、元器件封裝： 元器件封裝是指元器件放置到印刷電路板中所表示的外框和焊點(diǎn)位置的一種標(biāo)準(zhǔn)符，即元器件的外形。元器件封裝是印刷電路板設(shè)計(jì)的重要概念，因?yàn)樵骷庋b的統(tǒng)一，使所取用的元器件的引腳和印刷電路板的焊點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)，從而保證整個(gè)印刷電路板按照電路設(shè)計(jì)的方式連接和工作，元器件封裝是連接原理圖和PCB元器件的工具。元器件封裝既可以在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)指定，也可在引進(jìn)網(wǎng)

14、絡(luò)表時(shí)指定，建議設(shè)計(jì)人員采用前面一種方式設(shè)定元器件的封裝。 元器件封裝的定義規(guī)則為元器件類型+焊點(diǎn)距離(或焊點(diǎn)數(shù))+元器件外形。例如DIPl4表示該元器件為雙列直插式元器件，共有14個(gè)焊點(diǎn)；VRl表示可變電阻元器件；AXIAL0.4表示該元器件為軸狀元器件焊點(diǎn)間的距離為400mil(毫英寸)。電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件注意：Protel DXP系統(tǒng)采用兩種單位，公制和英制。英制用mil表示，單位是毫英寸。公制用mm表示，單位是毫米。1mil=0.0254mm,1mm=39.37mil。 在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候我們有時(shí)候會(huì)遇到元器件與元器件封裝的搭配發(fā)生了問(wèn)題

15、，這些問(wèn)題多數(shù)是由以下這幾種情況所造成的：(1)并未設(shè)置元器件外形屬性或是設(shè)置為不存在的元器件封裝 ，Protel DXP如果沒(méi)有查找到相符合的元器件封裝就會(huì)生成錯(cuò)誤信息。 (2)未加載對(duì)應(yīng)的元器件封裝庫(kù)在進(jìn)行線路板設(shè)計(jì)之前，必須先將可能用到的元器件封裝數(shù)據(jù)庫(kù)與對(duì)應(yīng)的元器件封裝庫(kù)文件加載到內(nèi)存中，否則會(huì)找不到該元器件封裝。要找某個(gè)元器件外形所對(duì)應(yīng)元器件封裝庫(kù)的名稱，可以利用Protel DXP系統(tǒng)所提供的瀏覽功能。(3)新舊元器件外形的引腳名稱或腳位號(hào)碼不一致通常發(fā)生在放置好PCB元器件外形之后，又去修改元器件的設(shè)置屬性對(duì)話框中的Footprint屬性的情況下。(4)元器件與元器件外形的引腳名

16、稱不一致這是因?yàn)橄到y(tǒng)提供的封裝的引腳名稱未必與元器件外形相應(yīng)的引腳名稱定義完全吻合所致。設(shè)計(jì)人員必須特別注意元器件和元器件外形與系統(tǒng)提供的實(shí)體是否一致。 電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件 上面提到如果元器件與元器件外形的引腳名稱不同，會(huì)造成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上的錯(cuò)誤。如三極管的基極、集電極和發(fā)射極和實(shí)際晶體管元器件封裝是不同的。然而這樣的對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤卻不能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)列表檢查出來(lái)，所以稍微不小心，在設(shè)計(jì)線路板時(shí)就會(huì)使用到錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。所以在調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表數(shù)據(jù)的時(shí)候必須小心。 解決元器件與元器件外形引腳與實(shí)際引腳不一致的問(wèn)題時(shí)候可以采用一下三種方式來(lái)處理，此處結(jié)合一個(gè)PNP的實(shí)

17、例來(lái)具體解說(shuō)： 第一種做法是考慮元器件引腳封裝已有的焊點(diǎn)序號(hào)定義，然后修改電路圖元器件的引腳的名稱，或者新建一個(gè)元器件。具體修改的步驟如下：電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件(1)雙擊原理圖上的元器件，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，雙擊右下角Models for Q1-PNP欄中的Footprint，將會(huì)彈出如圖5所示的電路圖元器件參數(shù)修改對(duì)話框。圖5 元器件參數(shù)修改對(duì)話框電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件(2)點(diǎn)擊圖5中右上角的Pin Map.按鈕，就會(huì)彈出如圖6所示的元器件引腳設(shè)置對(duì)話框。在沒(méi)有修改元器件引腳參數(shù)之前對(duì)應(yīng)的印刷線路板

18、連線如圖7所示。圖6 元器件引腳設(shè)置對(duì)話框電路設(shè)計(jì) Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程講義認(rèn)識(shí)印刷電路板課件(3)修改圖6中原理圖對(duì)應(yīng)引腳和實(shí)際引腳之間的關(guān)系，如將1和3對(duì)調(diào)，就會(huì)獲得如圖7所示的印刷線路板連線。 第二種做法是結(jié)合元器件已有的引腳的名稱，然后修改印刷電路板元器件引腳封裝的焊點(diǎn)序號(hào)名稱，或者新建一個(gè)元器件外形。 如果現(xiàn)在要將圖7中的三極管中的2，3引腳對(duì)調(diào)，那么直接雙擊圖7中印刷線路板上的引腳3，在彈出屬性設(shè)置對(duì)話框中，將Properties中的Designator中的3改為2，同樣的操作用于2號(hào)引腳，然后重新調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，就會(huì)獲得如圖9的印刷線路板連線。 以上所提的兩種做法可以保持自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程的順暢，但是必須要學(xué)會(huì)如何修改元器件或元器件外形的操作方法，操作技術(shù)要求比較高。 下面介紹一種比較簡(jiǎn)單的做法，但是不是經(jīng)常使用，只是在某些場(chǎng)合使用。 第三種做法既不需要修改元器件也不需要更改元器件引腳封裝，而只需手工在網(wǎng)絡(luò)列表中作修改。這種做法(稱之為半自動(dòng)設(shè)計(jì)方式，參考后面章節(jié)的介紹)，只要會(huì)操作文字處理程序就可以了，不過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)流程中會(huì)在此中斷一下，而且每轉(zhuǎn)換過(guò)一次網(wǎng)絡(luò)列表文件就得重新修改一次才行