第十一章U盤PCB板設(shè)計

1、電子CADProtel DXP 2004 SP2 電路設(shè)計（第二版） 劉彥忠劉彥忠 編編 著著電子教案電子教案 第11章U盤PCB板設(shè)計 本章學習目標本章以制作U盤PCB板為例，介紹SMT多層板的制作技巧和編輯修改方法，以達到以下學習目標：理解多層板的含義，掌握多層板的創(chuàng)建方法。理解內(nèi)電層的含義，內(nèi)電層的屬性設(shè)置和分割方法掌握常用SMT元件的引腳封裝。掌握SMT元件引腳封裝的制作方法。掌握手工修改導線的常用方法。 11.1 確定和添加元件封裝 因為U盤體積非常小巧，電路板面積很小，所以電路板中的元件絕大部分采用SMD元件，以節(jié)省電路板面積。根據(jù)前面章節(jié)的介紹，并結(jié)合元件的實際外形和管腳排列情況

2、，而且部分元件還參考了元件供應(yīng)商提供的技術(shù)和封裝參數(shù)，確定合適的元件封裝如表所示。 數(shù)碼搶答器元件封裝表 元件類型 元件封裝 封裝庫 電阻R C1005-0402 Miscellaneous Devices.IntLib 無極性電容C C1005-0402 發(fā)光二極管 DSO-F2/D6.1 有極性電容 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, Squ

3、are) - Corner Index.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TSSO12X20-G48/P.5TSOP (0.5mm Pitch) .PcbLibUSB接口J1USB自制封裝庫UPAN.PcbLib寫保護開關(guān)SW1ZZSW1. 確定AT1201的封裝 2. 確定IC1114的封裝 3. 確定存儲器K9F0BDUDB的封裝 存儲器U3的封裝TSSO12X20-G48/P.5 11.1.2自制元件封裝 USB接口J1的外形和引腳封裝 寫保護開關(guān)SW1的外形和引腳封裝 晶體振蕩器Y1的外形和封裝 11.1.3 添加元件引腳封裝 1. 為單個元件添加封裝2. 利用全局修改為各類元件添

4、加封裝 由于U盤元件很多，而且大部分元件的封裝都采用貼片封裝形式，而不是采用原原理圖元件中的默認封裝，所以如果采用逐個修改的方法，工作量將會很大，可以采取全局修改的方法。下面以全局修改電阻的封裝為例。全局修改電阻的封裝（1）將光標移到U盤原理圖中的任意一個電阻上，單擊鼠標右鍵，在彈出的對話框中選菜單 ，彈出如圖所示的查找相似對象對話框，在【Resistor】項后選擇【Same】，表示將選中圖紙中所有的電阻。 查找所有電阻 修改電阻封裝可以看到圖紙中所有電阻均處于選中狀態(tài)，此時點擊工作區(qū)右下方的【Inspect】按鈕，彈出如圖所示的Inspect面板，將【Current Footprint】欄修

5、改為“C10050402”，按回車鍵確認輸入。 11.2 新建PCB文件并繪制電路板邊框 根據(jù)設(shè)計的要求和U盤外殼的限制，確定電路的長、高尺寸。經(jīng)過分析，確定本電路板長、高參考尺寸為：4515mm，并且受外殼固定柱的限制，中間有一個半徑為1mm的半圓形的缺口，便于該電路板固定于U盤外殼中，如圖所示。 11.2.1 利用向?qū)е谱鱑盤PCB板 單擊【File】標簽，將出現(xiàn)文件操作欄，選擇【PCB Board Wizards 】，將出現(xiàn)如圖所示的PCB板向?qū)g迎界面。 尺寸單位選擇對話框 PCB板類型選擇對話框 PCB板用戶自定義對話框 適當減小禁止布線框離電路板邊框的距離 信號層、內(nèi)電源層選擇對話

6、框 過孔類型選擇對話框 元件類型選擇對話框 導線、過孔、安全間距設(shè)置對話框 PCB板向?qū)瓿蓪υ捒?PCB板向?qū)瓿傻碾娐钒?11.2.2 手工修改PCB板輪廓 定位水平中心位置 11.2.2 手工修改PCB板輪廓 繪制二個半徑1mm的半圓型缺口11.2.2 手工修改PCB板輪廓 最后效果11.3.1 載入元件引腳封裝 11.3.2 設(shè)置內(nèi)電層的網(wǎng)絡(luò)屬性 1. 如圖所示，執(zhí)行【設(shè)計】/【層堆棧管理器】，彈出如下頁圖所示的層堆棧管理器對話框。 層堆棧管理器對話框 修改內(nèi)電層1的網(wǎng)絡(luò)屬性 雙擊層堆棧管理器對話框中的【Internal Plane1】層，彈出如圖所示的層屬性對話框，在【網(wǎng)絡(luò)名】下拉列

7、表框中選“VCC”，將該層作為電源VCC內(nèi)電層。 設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)屬性的內(nèi)電層 11.4 多層板元件布局調(diào)整 元件載入PCB板后，就可以根據(jù)元件的布局規(guī)律進行布局，由于U盤電路板面積小元件多，元件密度很高，所以在布局前，必須仔細規(guī)劃好元件的布局方案，U盤布局是否合理是整個項目的關(guān)鍵，它關(guān)系到U盤電路板布線是否成功以及整個電路的穩(wěn)定性，因為本項目采用四層板，布線已經(jīng)不是我們關(guān)注的首要問題。 11.4.1 確定布局方案 在高密度電路板中，是否需要雙面放置元件是設(shè)計者首先要考慮的問題。一般情況下，如果在頂層能夠完成元件的布局，盡量不要將元件放置在底層，因為一方面會提高電路板的設(shè)計難度和成本，另一方面也會增

8、加元件裝配的工序和難度。但對于U盤電路板而言，如果直接將元件放置在頂層，由于電路板太小，部分元件連放置的位置都沒有，所以必須采取雙面放置元件的辦法。仔細分析原理圖可以知道，U盤主要由以U2（IC1114）為核心的控制器電路和以U3（K9F0BDUDB）組成。所以可以考慮將二部分電路分別放置在頂層和底層，具體將U3（K9F0BDUDB）為核心的存儲器電路放置在頂層元件面，而將U2（IC1114）為核心的控制器電路放置在底層的焊接面。 11.4.2 設(shè)置布局參數(shù) 1. 1. 修改圖紙參數(shù)修改圖紙參數(shù) 執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【PCB板選擇項】，將彈出如圖所示的PCB圖紙選項，將【捕獲網(wǎng)格】和【元件網(wǎng)

9、格】均修改為5mil，并將【電氣網(wǎng)格】修改為5mil。修改PCB圖紙參數(shù) 2. 修改元件安全間距 由于電路板面積太小，元件的安全間距可以設(shè)置得更小一些，從而使元件可以排列得更緊密一些，如可以將其修改到步距5mil以下，。執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【規(guī)則】，彈出PCB板規(guī)則對話框，雙擊【Placement】選項，再雙擊【Component Clearance】選項后，再選擇其下部的【Component Clearance】選項，如圖所示，在右邊的規(guī)則欄中將【間隙】欄修改為5mil。修改元件安全間距 11.4.3 具體布局 根據(jù)布局原則，先確定相對于元件外殼，插孔位置等有定位元件的位置。本項目中有定位

10、要求的元件有二個，一個是寫保護開關(guān)SW1，它必須與外殼的寫保護開關(guān)孔對準，并且開關(guān)的撥動手柄必須向外。另一個為發(fā)光二極管LED1，它必須與外殼的小孔對準。 （1）確定寫保護開關(guān)SW1的位置，測量外殼寫保護開關(guān)孔的尺寸，確定SW1的第2焊盤的定位尺寸如圖所示。 （2）將開關(guān)SW1的第2焊盤放置到指定位置（3）鎖定SW1的位置 放置發(fā)光二極管LED1的位置 2. 修改元件標注的尺寸大小 從圖中可以看到，元件標注的尺寸太大，占了太多的面積，必須修改元件標注的尺寸大小。（1）將光標移到標注LED1上，單擊鼠標右鍵，在彈出的對話框中選菜單，彈出所示的查找相似對象對話框，在【Designator】項后選擇

11、【Same】，表示將選中圖紙中所有的元件編號。(3)此時點擊工作區(qū)右下方的【Inspect】按鈕，彈出如圖所示的Inspect面板，將【Text Heigh】字符高度欄修改為原來的一半，即“30mil”，將【Text Width】文字線條寬度修改為“5mil”，按回車鍵確認輸入。 3. 確定頂層核心元件的位置 4. 確定電源模塊的布局 依據(jù)下圖所示的電源原理圖，確定電源部分的布局關(guān)系如下頁圖所示。同時也將寫保護電路的電阻R24放置在SW1的右邊，將LED1的限流電阻R11和電容C25也一并放置到圖紙中。 Vi n1GND2Cont3NDIS4Vout5AT1201U110uFC120. 1uF

12、C134. 7uFC140. 01uFC15VUSBVCC4. 確定電源模塊的布局 5. 確定底層元件的布局 顯示底層絲印層 （2）放置底層關(guān)鍵元件U2先在頂層放置好元件U2 將元件U2翻轉(zhuǎn)到底層焊錫面 放置底層其它元件 11.5.1 內(nèi)電層分割 多層板與雙面板不同的地方在于多了內(nèi)電層，內(nèi)電層一般用于接地和接電源，使PCB板中大量的接地或接電源引腳不必再在頂層或底層走線，而可以直接（直插式元件）或就近通過過孔(貼片元件)接到內(nèi)電層，極大地減少了頂層和底層的布線密度，有利于其它網(wǎng)絡(luò)的布線。但有時一個系統(tǒng)中可能存在多個電源和地，如常見的+5V、+12V、-12V、-5V等電源，而接地網(wǎng)絡(luò)也有電源地

13、，信號地，模擬地、數(shù)字地之分，如果再采用一個電源或接地網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)一個內(nèi)電層的方法，勢必導致內(nèi)電層的數(shù)目太多，電路板的制作成本成倍增加。此時可以采取內(nèi)電層分割的辦法，將一個內(nèi)電層分割為幾個部分，將某個電源或接地網(wǎng)絡(luò)引腳比較密集的區(qū)域劃分給該網(wǎng)絡(luò)，而將另一個區(qū)域劃分給其它電源或接地網(wǎng)絡(luò)。 1. 將當前層轉(zhuǎn)換為內(nèi)電層1【Internal Plane 1】。 2. 隱藏其它無關(guān)層。由前面的布局可知，與VUSB網(wǎng)絡(luò)連接的元件全部位于頂層，為了更好的進行區(qū)域劃分，可以將底層信號層和底層絲印層全部關(guān)閉，使底層元件暫時不顯示，并將圖紙放大并顯示與VUSB網(wǎng)絡(luò)連接的焊盤區(qū)域。 3. 分割內(nèi)電層。 選擇畫直線工具，

14、沿著包含VUSB焊盤的區(qū)域畫出一個封閉區(qū)域，如圖所示。 4. 修改分割后的內(nèi)電層網(wǎng)絡(luò)屬性。雙擊封閉區(qū)域中被分割出來的內(nèi)電層，彈出如圖所示的內(nèi)電層屬性對話框，將其連接到【VUSB】網(wǎng)絡(luò)。 11.5.2 USB連接插頭J1焊盤屬性修改 USB連接插頭J1連接固定支架的0號焊盤，由于原理圖中沒有引腳與其對應(yīng)，一般希望其接地，以提高電路的抗干擾能力，所以必須將J1的二個0號焊盤屬性修改為“GND”，以便自動布線時自動與內(nèi)電層GND相連。如圖所示。11.6 多層板自動布線 11.6.1 設(shè)置多層板布線參數(shù)設(shè)置多層板布線參數(shù)執(zhí)行【設(shè)計】/【規(guī)則】菜單命令，設(shè)置各項參數(shù)。其中最關(guān)鍵的參數(shù)有安全間距【Clea

15、rance】，布線層面【Routing Layers】和導線寬度【W(wǎng)idth Constraint】，其它參數(shù)采用默認值即可。 1. 設(shè)置安全間距 安全間距指不同網(wǎng)絡(luò)的導線與焊盤之間的最小距離，它的設(shè)置可以避免導線之間以及導線與焊盤之間距離太小而短路或大火，但它的大小同時也決定了走線的難度和導線的布通率。在U盤中，供電電壓很低，我們主要關(guān)心的是保證導線的布通率，所以將安全間距設(shè)置為4mil，如圖所示。 設(shè)置安全間距 設(shè)置雙面板的布線層 導線規(guī)則設(shè)置 3. 設(shè)置過孔尺寸 11.6.2 多層板自動布線 執(zhí)行菜單命令【自動布線】/【全部對象】菜單命令，將彈出如圖所示的自動布線策略選擇對話框?qū)υ捒?，選

16、用【Default Multi Layer Board】選項，表示將采用默認的多層板布線策略進行布線，點擊【Route All】 按鈕，PCB板編輯器開始自動布線 U盤自動布線結(jié)果 元件引腳與內(nèi)電層的連接方式 直插式元件引腳直接與內(nèi)電層相連 貼片元件引腳通過過孔與內(nèi)電層相連11.7 手工修改多層板導線和覆銅U盤PCB板中自動布線完成后，有的導線彎曲過多，繞行過遠，必須進行修改，修改一般采取先修改繞行彎曲現(xiàn)象比較明顯的長導線，然后再微調(diào)其它局部需要調(diào)整的短導線。 1. 頂層導線分析p利用前面介紹的方法，暫時將底層信號層和絲印層，以及頂層絲印層隱藏起來，使工作區(qū)主要顯示頂層導線，如圖 所示，可以明

17、顯的看到有一處導線繞行過遠。 該導線繞行過遠2. 分析底層導線 p將頂層信號層和絲印層，以及底層絲印層隱藏起來，使工作區(qū)主要顯示底層導線，如圖11.65所示，也可以明顯的看到有一處導線繞行過遠。 該導線繞行過遠11.7.2 修改底層導線 由于導線修改時必須綜合考慮到二個信號層導線的走線情況，所以將底層和頂層信號層均顯示，而將底層和頂層絲印層全隱藏。 1. 撤銷原導線 先執(zhí)行菜單命令【工具】/【取消布線】/【連接】，出現(xiàn)十字光標，對準要撤銷的導線，點擊鼠標左鍵即可撤銷原導線，如圖所示。 撤銷導線后留下的飛線 2. 規(guī)劃新導線的路徑，并對其它導線作必要的修改 先修改底層要修改的導線，該導線之所以繞

18、行過遠，是因為底層中有導線擋住了其連通的路徑，必須將其調(diào)整，如圖所示。 需調(diào)整的過孔需調(diào)整的導線調(diào)整過孔的位置 調(diào)整好位置的過孔 調(diào)整導線的位置 調(diào)整好位置的導線3. 繪制新導線，并添加必要的過孔 繪制底層導線添加的過孔繪制頂層導線 繪制頂層導線修改頂層導線 新繪制的導線修改過的導線修改過的二條導線11.7.4 連接未布通的導線，并微調(diào)其它短導線需要微調(diào)的導線未連接到內(nèi)電層的焊盤 1. 將貼片元件引腳連接到內(nèi)電層 (a) 放置過孔 (1）放置過孔。貼片元件引腳必須通過過孔才能連接到內(nèi)電層，所以必須在引腳附近添加過孔，利用放置工具中的過孔工具，在合適位置放置一個過孔，如圖所示。 （2）修改過孔屬性。 要使過孔能連接到VCC網(wǎng)絡(luò)，并且使過孔和內(nèi)電層VCC相連，必須修改過孔的屬性，如下圖所示，根據(jù)過孔要連接的網(wǎng)絡(luò)，將【網(wǎng)絡(luò)】修改為“VCC”，根據(jù)過孔要連接的層面，將【起始層】修改為【Internal Plane 1】，因為內(nèi)電層Internal Plane 1所接的正是“VCC”網(wǎng)絡(luò)，將【結(jié)束層】修改為【Bottom Layer】，因為要連接的焊盤位于底層。修改過孔屬性 可以看到過孔已經(jīng)通過飛線連接到VCC網(wǎng)絡(luò)，如圖所示 。（3）連接導線。將當前層面轉(zhuǎn)換為底層，利用交互式連線工具手工連線，如圖所示。 (b)修改過孔屬性 (c)連接導線 2. 局部微調(diào)導線 1）刪除局部導線。如圖所示