第3章-多諧振蕩器PCB圖的設(shè)計(jì)

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第3章多諧振蕩器PCB圖的設(shè)計(jì)教學(xué)目的及要求：1.熟悉印刷電路板的基礎(chǔ)知識(shí)2.熟悉掌握用PCB向?qū)韯?chuàng)建PCB板3.熟練掌握用封裝管理器檢查所有元件的封裝4.熟練掌握用UpdatePCB命令原理圖信息導(dǎo)入到目標(biāo)PCB文件復(fù)習(xí)并導(dǎo)入新課第2章繪制多諧振蕩器電路原理圖

2.1項(xiàng)目及工作空間介紹

2.2創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目·2.3創(chuàng)建一個(gè)新的原理圖圖紙

2.3.1創(chuàng)建一個(gè)新的原理圖圖紙的步驟

2.3.2將原理圖圖紙?zhí)砑拥巾?xiàng)目

2.3.3設(shè)置原理圖選項(xiàng)

2.3.4進(jìn)行一般的原理圖參數(shù)設(shè)置

2.4繪制原理圖

2.4.1在原理圖中放置元件

2.4.2連接電路

2.4.3網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記

2.5編譯項(xiàng)目3.1印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)印制電路板英文簡稱為PCB（PrintedCircleBoard）如圖3-2所示。印制電路板的結(jié)構(gòu)原理為：在塑料板上印制導(dǎo)電銅箔，用銅箔取代導(dǎo)線，只要將各種元件安裝在印制電路板上，銅箔就可以將它們連接起來組成一個(gè)電路。

圖3-2PCB板1．印制電路板的種類根據(jù)層數(shù)分類，印制電路板可分為單面板、雙面板和多層板。（l）單面板單面印制電路板只有一面有導(dǎo)電銅箔，另一面沒有。在使用單面板時(shí)，通常在沒有導(dǎo)電銅箔的一面安裝元件，將元件引腳通過插孔穿到有導(dǎo)山銅箔的一面，導(dǎo)電銅箔將元件引腳連接起來就可以構(gòu)成電路或電子設(shè)備。單面板成本低，但因?yàn)橹挥幸幻嬗袑?dǎo)電銅箔，不適用于復(fù)雜的電子設(shè)備。（2）雙面板

雙面板包括兩層：頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer）。與單面板不同，雙面板的兩層都有導(dǎo)電銅箔，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示。雙面板的每層都可以直接焊接元件，兩層之間可以通過穿過的元件引腳連接，也可以通過過孔實(shí)現(xiàn)連接。過孔是一種穿透印制電路板并將兩層的銅箔連接起來的金屬化導(dǎo)電圓孔。圖3-3雙面板（3）多層板多層板是具有多個(gè)導(dǎo)電層的電路板。多層板的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-4所示。它除了具有雙面板一樣的頂層和底層外，在內(nèi)部還有導(dǎo)電層，內(nèi)部層一般為電源或接地層，頂層和底層通過過孔與內(nèi)部的導(dǎo)電層相連接。多層板一般是將多個(gè)雙面板采用壓合工藝制作而成的，適用于復(fù)雜的電路系統(tǒng)。圖3-4多層板2．元件的封裝印制電路板是用來安裝元件的，而同類型的元件，如電阻，即使阻值一樣，也有大小之分。因而在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，就要求印制電路板上大體積元件焊接孔的孔徑要大、距離要遠(yuǎn)。為了使印制電路板生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出來的印制電路板可以安裝大小和形狀符合要求的各種元件，要求在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，用銅箔表示導(dǎo)線，而用與實(shí)際元件形狀和大小相關(guān)的符號(hào)表示元件。這里的形狀與大小是指實(shí)際元件在印制電路板上的投影。這種與實(shí)際元件形狀和大小相同的投影符號(hào)稱為元件封裝。例如，電解電容的投影是一個(gè)圓形，那么其元件封裝就是一個(gè)圓形符號(hào)。（l）元件封裝的分類按照元件安裝方式，元件封裝可以分為直插式和表面粘貼式兩大類。典型直插式元件封裝外型及其PCB板上的焊接點(diǎn)如圖3-5所示。直插式元件焊接時(shí)先要將元件引腳插入焊盤通孔中，然后再焊錫。由于焊點(diǎn)過孔貫穿整個(gè)電路板，所以其焊盤中心必須有通孔，焊盤至少占用兩層電路板。

圖3-5穿孔安裝式元件外型及其PCB焊盤典型的表面粘貼式封裝的PCB圖如圖3-6所示。此類封裝的焊盤只限于表面板層，即頂層或底層，采用這種封裝的元件的引腳占用板上的空間小，不影響其他層的布線，一般引腳比較多的元件常采用這種封裝形式，但是這種封裝的元件手工焊接難度相對(duì)較大，多用于大批量機(jī)器生產(chǎn)。圖3-6表面粘貼式封裝的器件外型及其PCB焊盤（2）元件封裝的編號(hào)常見元件封裝的編號(hào)原則為：元件封裝類型+焊盤距離（焊盤數(shù)）+元件外型尺寸?？梢愿鶕?jù)元件的編號(hào)來判斷元件封裝的規(guī)格。例如有極性的電解電容，其封裝為，其中“.2”為焊盤間距，“.4”為電容圓筒的外徑，“RB7.6-15”表示極性電容類元件封裝，引腳間距為7.6mm，元件直徑為15mm。3．銅箔導(dǎo)線印制電路板以銅箔作為導(dǎo)線將安裝在電路板上的元件連接起來，所以銅箔導(dǎo)線簡稱為導(dǎo)線（Track）。印制電路板的設(shè)計(jì)主要是布置銅箔導(dǎo)線。與銅箔導(dǎo)線類似的還有一種線，稱為飛線，又稱預(yù)拉線。飛線主要用于表示各個(gè)焊盤的連接關(guān)系，指引銅箔導(dǎo)線的布置，它不是實(shí)際的導(dǎo)線。4．焊盤焊盤的作用是在焊接元件時(shí)放置焊錫，將元件引腳與銅箔導(dǎo)線連接起來。焊盤的形式有圓形、方形和八角形，常見的焊盤如圖3-7所示。焊盤有針腳式和表面粘貼式兩種，表面粘貼式焊盤無須鉆孔；而針腳式焊盤要求鉆孔，它有過孔直徑和焊盤直徑兩個(gè)參數(shù)。在設(shè)計(jì)焊盤時(shí)，要考慮到元件形狀、引腳大小、安裝形式、受力及振動(dòng)大小等情況。例如，如果某個(gè)焊盤通過電流大、受力大并且易發(fā)熱，可設(shè)計(jì)成淚滴狀（后面章節(jié)會(huì)介紹）。圖3-7常見焊盤5．助焊膜和阻焊膜為了使印制電路板的焊盤更容易粘上焊錫，通常在焊盤上涂一層助焊膜。另外，為了防止印制電路板不應(yīng)粘上焊錫的銅箔不小心粘上焊錫，在這些銅箔上一般要涂一層絕緣層（通常是綠色透明的膜），這層膜稱為阻焊膜。6．過孔雙面板和多層板有兩個(gè)以上的導(dǎo)電層，導(dǎo)電層之間相互絕緣，如果需要將某一層和另一層進(jìn)行電氣連接，可以通過過孔實(shí)現(xiàn)。過孔的制作方法為：在多層需要連接處鉆一個(gè)孔，然后在孔的孔壁上沉積導(dǎo)電金屬（又稱電鍍），這樣就可以將不同的導(dǎo)電層連接起來。過孔主要有穿透式和盲過式3-8所示。穿透式過孔從頂層一直通到底層，而盲過孔可以從頂層通到內(nèi)層，也可以從底層通到內(nèi)層。過孔有內(nèi)徑和外徑兩個(gè)參數(shù)，過孔的內(nèi)徑和外徑一般要比焊盤的內(nèi)徑和外徑小。圖3-8過孔的兩種形式7．絲印層除了導(dǎo)電層外，印制電路板還有絲印層。絲印層主要采用絲印印刷的方法在印制電路板的頂層和底層印制元件的標(biāo)號(hào)、外形和一些廠家的信息。3.2創(chuàng)建一個(gè)新的PCB文件在將原理圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為PCB設(shè)計(jì)之前，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)有最基本的板子輪廓的空白PCB。在AltiumDesigner中創(chuàng)建一個(gè)新的PCB設(shè)計(jì)的最簡單方法是使用PCB向?qū)?，它可讓設(shè)計(jì)者根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇自己創(chuàng)建的PCB板的大小。在向?qū)У娜魏坞A段，設(shè)計(jì)者都可以使用Back按鈕來檢查或修改以前頁的內(nèi)容。要使用PCB向?qū)韯?chuàng)建PCB，完成以下步驟：

1．在Files面板的底部的Newfromtemplate單元單擊PCBBoardWizard創(chuàng)建新的PCB。如果這個(gè)選項(xiàng)沒有顯示在屏幕上，單擊向上的箭頭圖標(biāo)關(guān)閉上面的一些單元。2．PCBBoardWizard打開,設(shè)計(jì)者首先看見的是介紹頁,點(diǎn)Next按鈕繼續(xù)。3．設(shè)置度量單位為英制（Imperial）。注意：1000mils=1inch(英寸)、1inch=2.54cm（厘米）。4．向?qū)У牡谌撛试S設(shè)計(jì)者選擇要使用的板輪廓。在本例中設(shè)計(jì)者使用自定義的板子尺寸，從板輪廓列表中選擇Custom，單擊Next。5．在下一頁，進(jìn)入了自定義板選項(xiàng)。在本例電路中，一個(gè)2x2inch的板便足夠了。選擇Rectangular并在Width和Height欄鍵入2000。取消TitleBlock&Scale、LegendString和DimensionLines以及CornerCutoff和InnerCutoff復(fù)選框如圖3-9。單擊Next繼續(xù)。圖3-9PCB板形狀設(shè)置6．在這一頁允許選擇板子的層數(shù)。例子中需要兩個(gè)SignalLayers，不需要PowerPlanes，所以將PowerPlanes下面的選擇框改為0。單擊Next繼續(xù)。7．在設(shè)計(jì)中使用過孔（via）樣式選擇ThruholeViasonly，單擊Next。8．在下一頁允許設(shè)計(jì)者設(shè)置元件/導(dǎo)線的技術(shù)（布線）選項(xiàng)。選擇Through-holecomponents選項(xiàng)，將相鄰焊盤（pad)間的導(dǎo)線數(shù)設(shè)為OneTrack。單擊Next繼續(xù)。9．下一頁用于設(shè)置一些設(shè)計(jì)規(guī)則，如線的寬度、焊盤的大小，焊盤孔的直徑，導(dǎo)線之間的最小距離如圖3-10，在這里設(shè)為默認(rèn)值。點(diǎn)Next按鈕繼續(xù)。10．單擊Finish按鈕。PCBBoardWizard已經(jīng)設(shè)置完所有創(chuàng)建新PCB板所需的信息。PCB編輯器現(xiàn)在將顯示一個(gè)新的PCB文件，名為PCB1.PcbDoc，如圖3-11所示。圖3-10設(shè)置線的寬度、焊盤的大小，焊盤孔的直徑，導(dǎo)線之間的最小距離圖3-11定義好的一個(gè)空白的PCB板形狀11．PCB向?qū)КF(xiàn)在收集了它需要的所有的信息來創(chuàng)建設(shè)計(jì)者的新板子。PCB編輯器將顯示一個(gè)名為PCB1.PcbDoc的新的PCB文件。12．PCB文檔顯示的是一個(gè)空白的板子形狀（帶柵格的黑色區(qū)域）。13．選擇View→FitBoard（熱鍵V，F(xiàn)）將只顯示板子形狀。14．選擇File→SaveAs來將新PCB文件重命名（用*.PcbDoc擴(kuò)展名）。指定設(shè)計(jì)者要把這個(gè)PCB保存在設(shè)計(jì)者的硬盤上的位置，在文件名欄里鍵入文件名zhendang.PcbDoc并單擊保存按鈕。15．如果添加到項(xiàng)目的PCB是以自由文件打開的，在Projects面板的FreeDocuments單元右擊PCB文件，選擇AddtoProject。這個(gè)PCB文件已經(jīng)被列在Projects下的SourceDocuments中，并與其他項(xiàng)目文件相連接。設(shè)計(jì)者也可以直接將自由文件夾下的Multivibrator.PcbDoc文件拖到項(xiàng)目文件夾下。保存項(xiàng)目文件如圖3-12所示。圖3-12Multivibrator.PcbDoc文件在項(xiàng)目文件夾下3.3用封裝管理器檢查所有元件的封裝在將原理圖信息導(dǎo)入到新的PCB之前，請(qǐng)確保所有與原理圖和PCB相關(guān)的庫都是可用的。由于在本例中只用到默認(rèn)安裝的集成元件庫，所有元件的封裝也已經(jīng)包括在內(nèi)了。但是為了掌握用封裝管理器檢查所有元件的封裝的方法，所以設(shè)計(jì)者還是執(zhí)行以下操作：在原理圖編輯器內(nèi)，執(zhí)行Tools→FootprintManager命令，顯示如圖3-13所示封裝管理器檢查對(duì)話框。在該對(duì)話框的元件列表（ComponeneList）區(qū)域，顯示原理圖內(nèi)的所有元件。用鼠標(biāo)左鍵選擇每一個(gè)元件，當(dāng)選中一個(gè)元件時(shí)，在對(duì)話框的右邊的封裝管理編輯框內(nèi)設(shè)計(jì)者可以添加、刪除、編輯當(dāng)前選中元件的封裝。如果對(duì)話框右下角的元件封裝區(qū)域沒有出現(xiàn)，可以將鼠標(biāo)放在Add按鈕的下方，把這一欄的邊框往上拉，就會(huì)顯示封裝圖的區(qū)域。如果所有元件的封裝檢查完都正確，按Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。圖3-13封裝管理器對(duì)話框3.4導(dǎo)入設(shè)計(jì)如果項(xiàng)目已經(jīng)編輯并且在原理圖中沒有任何錯(cuò)誤，則可以使用UpdatePCB命令來產(chǎn)生ECO（EngineeringChangeOrders工程變更命令），它將把原理圖信息導(dǎo)入到目標(biāo)PCB文件。

更新PCB將項(xiàng)目中的原理圖信息發(fā)送到目標(biāo)PCB：1．打開原理圖文件Multivibrator.SchDoc。2．在原理圖編輯器選擇Design→UpdatePCBDocumentMultivibrator.PcbDoc命令。工程變更命令(EngineeringChangeOrder)對(duì)話框出現(xiàn)。如圖3-14所示。圖3-14工程變更命令對(duì)話框3．單擊ValidateChanges按鈕，驗(yàn)證一下有無不妥之處，如果執(zhí)行成功則在狀態(tài)列表(Status)Check中將會(huì)顯示符號(hào)；若執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題將會(huì)顯示符號(hào)，關(guān)閉對(duì)話框。檢查Messages面板查看錯(cuò)誤原因，并清除所有錯(cuò)誤。4．如果單擊ValidateChanges按鈕，沒有錯(cuò)誤，則單擊ExecuteChanges按鈕，將信息發(fā)送到PCB。當(dāng)完成后，Done那一列將被標(biāo)記。如圖3-15所示。圖3-15執(zhí)行了ValidateChanges、ExecuteChanges后的對(duì)話框5．單擊Close按鈕，目標(biāo)PCB文件打開，并且元件也放在PCB板邊框的外面以準(zhǔn)備放置。如果設(shè)計(jì)者在當(dāng)前視圖不能看見元件，使用熱鍵V、D（菜單View→FitDocument）查看文檔。如圖3-16所示。圖3-16信息導(dǎo)入到PCB6．PCB文檔顯示了一個(gè)默認(rèn)尺寸的白色圖紙，要關(guān)閉圖紙，選擇Design→BoardOptions，在BoardOptions對(duì)話框取消選擇DesignSheet。小結(jié)：3.1印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)3.2創(chuàng)建一個(gè)新的PCB文件使用PCB向?qū)韯?chuàng)建PCB。在Files面板的底部的Newfromtemplate單元單擊PCBBoardWizard創(chuàng)建新的PCB。3.3用封裝管理器檢查所有元件的封裝在原理圖編輯器內(nèi)，執(zhí)行Tools→FootprintManager命令3.4導(dǎo)入設(shè)計(jì)在原理圖編輯器選擇Design→UpdatePCBDocumentzhendang.PcbDoc命令。3.5放置PCB元件現(xiàn)在設(shè)計(jì)者可以放置元件了。1）放置元件（1）按快捷鍵V、D，將顯示整個(gè)板子和所有元件。（2）現(xiàn)在放置連接器Y1，將光標(biāo)放在連接器Y1的中部上方，按下鼠標(biāo)左鍵不放。光標(biāo)會(huì)變成一個(gè)十字形狀并跳到元件的參考點(diǎn)。（3）不要松開鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)拖動(dòng)元件。（4）拖動(dòng)時(shí)，按下Space鍵將其旋轉(zhuǎn)90°，然后將其定位在板子的左邊，如圖3-17所示。圖3-17放置元件3.6修改封裝現(xiàn)在已經(jīng)將封裝都定位好了，但電容的封裝尺寸太大，需要改作更小尺寸的封裝。（1）首先設(shè)計(jì)者要找到一個(gè)新的封裝。單擊Libraries面板，從庫列表中選擇MiscellaneousDeivices.IntLib[FootprintView]，如沒有，單擊Libraries面板右上方的“…”按鈕，選中彈出的對(duì)話框中的“Footprints”選項(xiàng)，如圖3-18所示。圖3-18選中MiscellaneousDeivices.IntLib[FootprintView]圖3-19顯示元件的封裝設(shè)計(jì)者要的是一個(gè)小一些的radial類型的封裝，因此在過濾器欄鍵入rad，單擊封裝名就會(huì)看見與這名字相聯(lián)系的封裝，其中封裝RAD-0.1就是設(shè)計(jì)者需要的，如圖3-19所示。在PCB板上雙擊電容C1，彈出ComponentC1對(duì)話框,在Footprint欄將Name處改為RAD-0.1，如圖3-20所示。同時(shí)將C2的封裝一并修改為RAD-0.1，如圖3.21所示。圖3-20Com