U盤電路的PCB板設(shè)計.ppt

1、電子CADProtel DXP 電路設(shè)計,任 富 民 編 著,中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書（電子技術(shù)專業(yè)）,電子教案,第11章,U盤PCB板設(shè)計,本章學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(dǎo)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

2、管腳排列情況，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,1. 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,U盤所需的封裝庫,2. 利用全局修改為各類元件添加封裝,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

3、，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，

4、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,自動完成單位轉(zhuǎn)換,適當(dāng)減小禁止布線框離電路板邊框的距離,信號層、內(nèi)電源層選擇對話框,過孔類型選擇對話框,元件類型選擇對話框,導(dǎo)線、過孔、安全間距設(shè)置對話框,PCB板向?qū)瓿蓪υ捒?PC

5、B板向?qū)瓿傻碾娐钒?修改尺寸標注顯示單位,修改后的尺寸標注,11.2.2 手工修改PCB板輪廓,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【Design】/【Layer Stack Manager】，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【Net name】下拉列表框中選“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

6、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。

7、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. 修改圖紙參數(shù) 執(zhí)行菜單命令【Design】/【Options】，將彈出如圖所示的PCB圖紙選項，將光標移動?xùn)鸥瘛維nap Grid】和元件柵格【Component Grid】均修改為5mil，并將電氣柵格【Electrical Grid】修改為5mil。,修改PCB圖紙參數(shù),2

8、. 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【Design】/【Rules】，彈出PCB板規(guī)則對話框，雙擊【Placement】選項，再雙擊【Component Clearance】選項后，選中【Component Clearance】選項，如圖所示，在右邊的規(guī)則欄中將【Gap】欄修改為3mil。,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)

9、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,鎖定元件,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【Same】，表示將選中圖紙中所有的元件編號。,(

10、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。,4. 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

11、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，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(dǎo)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

12、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(dāng)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，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

13、.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) 執(zhí)行【Design】/【Rules】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【Clearance】，布線層面【Routing Layers】和導(dǎo)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(dǎo)線與焊盤之間的最小距

14、離，它的設(shè)置可以避免導(dǎo)線之間以及導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線規(guī)則設(shè)置,3. 設(shè)置過孔尺寸,4.設(shè)置SMT焊盤拐角距離,11.6.2 多層板自動布線,執(zhí)行菜單命令【Auto Route】/【All】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?，選用【Via Miser】選項，表示將采用具有建議性最小過孔限制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

15、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(dǎo)線和覆銅,U盤PCB板中自動布線完成后，有的導(dǎo)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(dǎo)線，然后再微調(diào)其它局部需要調(diào)整的短導(dǎo)線。,1. 頂層導(dǎo)線分析,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(dǎo)線，如圖 所示，可以明顯的看到有一處導(dǎo)線繞行過遠。,該導(dǎo)線繞行過遠,2. 分析底層導(dǎo)線,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(dǎo)線，如圖11.65所示，也可

16、以明顯的看到有一處導(dǎo)線繞行過遠。,該導(dǎo)線繞行過遠,11.7.2 修改底層導(dǎo)線,由于導(dǎo)線修改時必須綜合考慮到二個信號層導(dǎo)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(dǎo)線,先執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Un-Route】/【Connection】，出現(xiàn)十字光標，對準要撤銷的導(dǎo)線，點擊鼠標左鍵即可撤銷原導(dǎo)線，如圖所示。,撤銷導(dǎo)線后留下的飛線,2. 規(guī)劃新導(dǎo)線的路徑，并對其它導(dǎo)線作必要的修改,先修改底層要修改的導(dǎo)線，該導(dǎo)線之所以繞行過遠，是因為底層中有導(dǎo)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(dǎo)線,調(diào)整過孔的位置,調(diào)整好位置的過

17、孔,調(diào)整導(dǎo)線的位置,調(diào)整好位置的導(dǎo)線,3. 繪制新導(dǎo)線，并添加必要的過孔,繪制底層導(dǎo)線,添加的過孔,繪制頂層導(dǎo)線,繪制頂層導(dǎo)線,修改頂層導(dǎo)線,新繪制的導(dǎo)線,修改過的導(dǎo)線,修改過的二條導(dǎo)線,11.7.4 連接未布通的導(dǎo)線，并微調(diào)其它短導(dǎo)線,需要微調(diào)的導(dǎo)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

18、接的網(wǎng)絡(luò)，將【Net】修改為“VCC”，根據(jù)過孔要連接的層面，將【Start Layer】開始層面修改為【Internal Plane 1】，因為內(nèi)電層Internal Plane 1所接的正是“VCC”網(wǎng)絡(luò)，將【End Layer】結(jié)束層面修改為【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(dǎo)線。將當(dāng)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(dǎo)線,2. 局部微調(diào)導(dǎo)線,1）刪除局部導(dǎo)線。如圖所示，刪除局部要修改的導(dǎo)線，由于導(dǎo)線只是局部調(diào)整，所以不必使用撤銷布線命令將整條導(dǎo)線撤銷。,2）放