Protel DXP 2004 SP2印制電路板設計教程 課件 項目9 雙面貼片PCB-USB轉串口連接器

制作團隊：郭勇、陳開洪、吳榮海項目9雙面貼片PCB—USB轉串口連接器主要內容任務9.1了解USB轉串口連接器產品及設計前準備任務9.2PCB雙面布局任務9.3PCB布線任務9.4淚珠滴使用與接地覆銅設置任務9.5設計規(guī)則檢查（DRC）任務9.5印制板圖輸出技能實訓11元器件雙面貼放PCB設計項目9雙面貼片PCB—USB轉串口連接器9.1.1產品介紹

USB轉串口連接器用于MCU與PC機進行通信，采用專用接口轉換芯片PL-2303HX，該芯片提供一個RS-232全雙工異步串行通信裝置與USB接口進行聯接。

USB轉串口連接器頂層USB轉串口連接器底層任務9.1了解USB轉串口連接器產品及設計前準備電路原理圖串行數據接口USB數據接口指示燈用戶板供電接口轉換芯片及其電路晶振電路濾波電容串行EEPROM時鐘、數據9.1.2設計前準備原理圖元器件PL2303HX

1.原理圖元器件與元器件封裝設計接口轉換芯片PL2303HX元器件和封裝需自行設計，元器件名為PL2303HX，封裝名為SSOP28。元器件封裝SSOP28

2.元器件封裝設計

1）12M晶振的封裝，封裝名XTAL12M。焊盤中心間距200mil，焊盤尺寸60mil，圓弧半徑60mil。3D模型執(zhí)行菜單“放置”→“3D元件體”直接生成。實物封裝封裝3D模型實物

2）沉板式貼片USB接口的封裝，封裝名為USB。其外框尺寸16mm×12mm；貼片焊盤X為2.5mm、Y為1.2mm、層為TopLayer；通孔式焊盤X為3.8mm、Y為3mm、孔徑為2.3mm；定位孔采用焊盤方式設計，X為1mm、Y為1mm、孔徑為1mm；貼片焊盤1邊上打上小圓點，用于指示其為焊盤1，焊盤1、2及焊盤3、4中心間距2.5mm，焊盤2、3中心間距2mm；通孔焊盤5、6中心間距12mm；定位孔中心間距4mm。封裝4個貼片引腳2個外殼屏蔽固定腳2個突起用于固定3.原理圖設計USB轉串口連接器元器件參數表多數元器件來自系統(tǒng)自帶的元件庫，要設置好元器件封裝。元器件類別元器件標號庫元器件名元器件所在庫元器件封裝貼片電解電容C5CapPol2MiscellaneousDevices.IntLibCC3216-1206貼片電容C1-C4、C6CapMiscellaneousDevices.IntLibCC1608-0603貼片電阻R1-R8Res2MiscellaneousDevices.IntLibCR1608-0603貼片發(fā)光二極管VD1-VD3LED2MiscellaneousDevices.IntLibSMD_LED晶振X1XTALMiscellaneousDevices.IntLibXTAL12M（自制）集成塊U1PL2303HX自制SSOP283腳排針跳線J1Header3MiscellaneousConnectors.IntLibHDR1X34腳排針跳線P1Header4MiscellaneousConnectors.IntLibHDR1X4USB接口USB1-1470156-1AMPSerialBusUSB.IntLibUSB（自制）9.1.3設計PCB時考慮的因素矩形雙面板尺寸48mm×17mm焊盤作為螺絲孔直徑3.5mm，孔徑2mm網絡為GND串口連接接口USB接口芯片置于中央晶振靠近IC引腳電源跳線置于邊緣發(fā)光二極管置于頂層去耦電容應盡量靠近芯片電源引腳頂層和底層都鋪設接地覆銅便于使用，文字說明底層發(fā)熱小的元件9.2.1從原理圖加載網絡表和元器件封裝到PCB

1.規(guī)劃PCB

在KeepoutLayer上定義PCB的電氣輪廓，尺寸為48mm×17mm；在板的右側距板的短邊10mm、長邊3mm處上下放置2個直徑3.5mm，孔徑2mm的焊盤作為螺絲孔。任務9.2PCB雙面布局

2.從原理圖加載網絡表和元器件到PCB

打開設計好的原理圖文件“USB轉串口連接器.SchDoc”，執(zhí)行菜單“設計”→“UpdatePCBDocumentUSB轉串口連接器.PcbDoc”，加載網絡表和元器件封裝。將Room空間移動到電氣邊框內，執(zhí)行菜單“工具”→“放置元件”→“按照Room排列”，移動光標至Room空間內單擊鼠標左鍵，元器件將自動按類型排列在Room空間內，單擊鼠標右鍵結束操作。9.2.2PCB雙面布局1.底層元器件設置選中，雙擊修改層

2.設置底層絲網的顯示狀態(tài)

執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板層次顏色”命令。選中

3.設置PCB板形狀

選中板上的所有圖件，執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板形狀”→“重定義PCB板形狀”設置48mm×17mm的長方形PCB板。

4.元器件布局參考前述的設計前考慮的因素進行手工布局，通過移動元器件、旋轉元器件等方法合理調整元器件的位置，減少網絡飛線的交叉。

5.3D顯示布局視圖

布局調整結束后，執(zhí)行菜單“查看”→“顯示三維PCB板”，顯示元器件布局的3D視圖，觀察元器件布局是否合理。頂層3D視圖底層3D視圖9.3.1有關SMD元器件的布線規(guī)則設置

對于SMD元器件布線，除了要進行電氣設計規(guī)則和布線設計規(guī)則設置外，一般還需進行有關SMD元器件的布線規(guī)則設置。

執(zhí)行菜單“設計”→“規(guī)則”，屏幕彈出“PCB規(guī)則及約束編輯器”對話框，在其左邊的樹形列表中列出了PCB規(guī)則和約束的構成和分支。

任務9.3PCB布線扇出式布線規(guī)則5個子規(guī)則，一般選用默認SMT元器件布線設計規(guī)則

1.FanoutControl（扇出式布線規(guī)則）

扇出式布線規(guī)則是針對元器件在布線時從焊盤引出連線通過過孔到其它層的約束。從布線的角度看，扇出就是把元器件的焊盤通過導線引出來并加上過孔，使其可以在其它層面上繼續(xù)布線。

2.SMT元器件布線設計規(guī)則

SMT元器件布線設計規(guī)則是針對貼片元器件布線設置的規(guī)則，主要包括3個子規(guī)則可以設置SMT子規(guī)則，系統(tǒng)默認為未設置該類規(guī)則。1)SMDToCorner（SMD焊盤與拐角處最小間距限制規(guī)則）用于設置SMD焊盤與導線拐角的最小間距大小。設置SMD焊盤到導線拐角的最小間距2)SMDToPlane（SMD焊盤與電源層過孔間的最小長度規(guī)則）用于設置SMD焊盤與電源層中過孔間的最短布線長度。

3)SMDNeck-DownConstraint（SMD焊盤與導線的比例規(guī)則）用于設置SMD焊盤在連接導線處的焊盤寬度與導線寬度的比例，可定義一個百分比。設置最短布線長度9.3.2PCB布線

1.布線規(guī)則設置

執(zhí)行菜單“設計”→“規(guī)則”，屏幕彈出“PCB規(guī)則及約束編輯器”對話框，進行布線規(guī)則設置，具體內容如下。

安全間距規(guī)則設置：全部對象為0.254mm；短路約束規(guī)則：不允許短路；布線轉角規(guī)則：45°；導線寬度限制規(guī)則：共設置4個，VCC、VCC5、VCC3.3網絡均為0.381mm，全板0.254mm，優(yōu)先級依次減??；布線層規(guī)則：選中BottomLayer和TopLayer進行雙面布線；過孔類型規(guī)則：過孔尺寸0.9mm，過孔直徑0.6mm；其它規(guī)則選擇默認。

2.對除GND以外的網絡進行手工布線

執(zhí)行菜單“放置”→“交互式布線”進行交互式布線，根據網絡飛線進行連線，線路連通后，該線上的飛線將消失。

在布線時，如果連線無法準確連接到對應焊盤上，可減少網格尺寸，并可微調元器件位置。

布線過程中單擊小鍵盤上的<*>鍵可以自動放置過孔，并切換工作層?！癎ND”網絡未連接

3.設置說明文字

為了便于USB轉串口連接器對外連接，對關鍵的部位放置說明文字，放置的方法為在頂層絲網層放置字符串。串口連接端P1的引腳發(fā)光二極管設置說明電源跳線1.淚珠滴使用所謂淚珠滴，就是在印制導線與焊盤或過孔相連時，為了增強連接的牢固性，在連接處逐漸加大印制導線寬度。采用淚珠滴后，印制導線在接近焊盤或過孔時，線寬逐漸放大，形狀就象一個淚珠。

任務9.4淚珠滴使用與接地覆銅設置淚滴效果

執(zhí)行菜單“工具”→“淚滴焊盤”命令，彈出“淚滴選項”對話框。選中行為選中對象選中淚滴方式本例中選中“全部焊盤”和“全部過孔”復選框，選中“追加”和“導線”，參數設置完畢單擊“確認”按鈕，系統(tǒng)自動添加淚珠滴。

2.接地覆銅設置

放置接地覆銅即可實現就近接地，也可提高抗擾能力。本例中進行雙面接地覆銅，在放置覆銅前，將兩個螺絲孔焊盤的網絡設置為GND。由于安全間距的原因，可能出現個別引腳無法接地的問題，可微調元器件位置和連線，或觀察兩面接地覆銅的位置，通過過孔連接兩層的接地覆銅以完成連線。

執(zhí)行菜單“設計”→“規(guī)則”，設置覆銅與焊盤之間的連接采用直接連接方式。

執(zhí)行菜單“放置”→“覆銅”，系統(tǒng)彈出“覆銅參數設置”對話框，設置連接網絡為“GND”。頂層覆銅PCB底層覆銅PCB

PCB布線工作結束后，用戶可以使用設計規(guī)則檢查功能（DRC）對布好線的PCB進行檢查，確定布線是否正確、是否符合設定的規(guī)則要求，這也是PCB設計正確性和完整性的重要保證。

運行DRC檢查時，并不需要檢查所有的規(guī)則設置，只需檢查用戶需要比對的規(guī)則即可。常規(guī)的檢查包括間距、開路及短路等電氣性能檢查，布線規(guī)則檢查等。

執(zhí)行菜單“工具”→“設計規(guī)則檢查”，屏幕彈出“設計規(guī)則檢查器”對話框。任務9.5設計規(guī)則檢查（DRC）報告內容設置設置的內容勾選即選中

在線：系統(tǒng)將進行實時檢查，設計中一旦發(fā)現違規(guī)將高亮度顯示違規(guī)內容。

批處理：只有手工執(zhí)行DRC時，發(fā)現違規(guī)才高亮度顯示違規(guī)內容。檢查規(guī)則設置勾選即選中

規(guī)則設置完畢，單擊“運行DRC”按鈕進行檢測，系統(tǒng)彈出“Message”窗口，窗口中顯示錯誤信息，并在PCB上高亮顯示違規(guī)的對象，系統(tǒng)同時打開一個頁面，顯示規(guī)則信息，用戶可以根據違規(guī)信息對PCB進行修改。制作團隊：郭勇、陳開洪、吳榮海任務9.5印制板輸出任務9.6印制板圖輸出

PCB設計完成，一般需要輸出PCB圖，以便進行人工檢查和校對，同時也可以生成相關文檔保存。ProtelDXP2004DXP即可打印輸出一張完整的混合PCB圖，也可以將各個層面單獨打印輸出用于制板。

1.打印頁面設置

執(zhí)行菜單“文件”→“頁面設定”命令，彈出“打印頁面設置”對話框。按打印紙大小打印

2.檢查圖輸出單擊上圖中的“高級…”按鈕，屏幕彈出“PCB打印輸出屬性”對話框。

圖中系統(tǒng)自動形成一個默認的混合圖輸出，包括頂層（TopLayer）、底層（BottomLayer）、頂層絲印層（TopOverlay）、禁止布線層（Keep-OutLayer）及焊盤層（MultiLayer）等。如果不需要輸出某層，可將該層刪除?；旌蠄D輸出鼠標右鍵

在輸出圖紙時選擇顯示焊盤和過孔的孔，“打印輸出選項”中的“孔”下方的復選框選中即可。

如果制板時采用人工鉆孔，一般將“孔”設置為選中狀態(tài)，這樣便于鉆孔時定位。

勾選即顯示

執(zhí)行菜單“文件”→“打印”可以輸出檢查圖。不顯示孔底層視圖顯示孔頂層視圖

3.單面板制板圖輸出設置

單面板只需輸出BottomLayer，可通過建立新打印輸出圖進行。

執(zhí)行菜單“文件”→“頁面設置”命令，彈出“打印頁面設置”對話框，單擊“高級”按鈕，彈出“PCB打印輸出屬性”對話框，在圖中右擊，彈出“打印輸出設置”菜單，選中其中“插入打印輸出”子菜單建立新輸出層面，系統(tǒng)自動建立一個名為“NewPrintout1”的輸出層。

參數設置完畢，執(zhí)行菜單“文件”→“打印”輸出底層圖，用于單面板制板。新的輸出右擊“創(chuàng)建層”

4.雙面板制板圖輸出設置

雙面制板圖的輸出與單面板相似，但需要建立兩個新的輸出層面，一個用于底層輸出，與單面板設置相同；另一個用于頂層輸出，輸出層面為“TopLayer”、“MultiLayer”和“Keep-OutLayer”，設置方式與前面相同，但“TopLayer”必須選中“鏡像”下方的復選框，輸出鏡像圖紙。

5.打印預覽及輸出

參數設置完畢，執(zhí)行菜單“文件”→“打印預覽”預覽輸出圖，執(zhí)行菜單“文件”→“打印”，分別輸出頂層圖和底層圖，用于雙面板制板，注意此時頂層圖必須是鏡像的。打印效果預覽設置了3張輸出圖，預覽圖中為3張輸出圖。1.實訓目的1）進一步熟悉貼片元器件的使用。2）掌握貼片元器件的雙面貼放方法。3）掌握SMD布線規(guī)則設置。4）掌握印制板輸出方法。技能實訓11元器件雙面貼放PCB設計2.實訓內容1）事先準備好“USB轉串口連接器”原理圖文件，并熟悉電路原理。2）進入PCB編輯器，新建PCB“USB轉串口連接器.PCBDOC”，新建元器件庫“PcbLib1.PcBLib”，參考圖9-3和圖9-5設計晶振和USB接口的封裝。3）載入MiscellaneousDevice.IntLIB、MiscellaneousConnectors.IntLib和自制的PcbLib1.PcBLib元器件庫。4）編輯原理圖文件，根據表9-1重新設置好元器件的封裝。5）設置單位制為公制，設置可視柵格1、2為1mm和10mm，捕獲柵格X、Y，元件網格X、Y均為0.5mm。6）規(guī)劃PCB。在KeepoutLayer上定義PCB的電氣輪廓，尺寸為48mm×17mm，在板的左側距板的短邊10mm、長邊3mm處上下放置2個直徑3.5mm，孔徑2mm的焊盤作為螺絲孔。7）執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板形狀”→“重定義PCB板形狀”命令，沿著電氣輪廓定義48mm×17mm的長方形PCB板。8）打開USB轉串口連接器原理圖文件，執(zhí)行菜單“設計”→“UpdatePCBDocumentUSB轉串口連接器PCBDOC”命令加載網絡表和元器件，根據提示信息修改錯誤。9）執(zhí)行菜單“工具”→“放置元件”→“Room內部排列”命令進行元器件布局。10）底層元器件設置。修改小貼片元器件R5～R8、C1～C6的“元件屬性”，將“層”設置為BottomLayer，即底層放置，設置后貼片元器件的焊盤變換為底層，元器件的絲網變換為底層絲網層。11）執(zhí)行菜單“設計”→“PCB板層次顏色”命令，設置“BottomOverlay”為顯示狀態(tài)，顯示底層元器件的絲網。12）元件手工布局調整。根據布局原則參考圖9-9進行手工布局調整，減少飛線交叉。11）針對四個按鍵、兩個接口、六個接線柱，參考圖8-12進行手工預布局。12）創(chuàng)建類，完成弱電板類、連接Ⅰ類、大電流類、連接Ⅱ類、小電流類的設置。13）根據布局原則，結合各類網絡，參考圖8-17，按模塊完成其他器件的布局手工調整。14）參考圖8-17，分別執(zhí)行“放置”→“直線”命令、“放置”→“圓?。ㄈ我饨嵌?/p>