电子产品工艺与管理实训2

项目目标项目二的任务目标是利用电子CAD软件protelDXP完成该电路的PCB设计与制作，项目参考结果如图2-1所示。图2-1语音放大器的PCB图任务分解规划板框及设置PCB工作环境1LM317元件封装制作2PCB版框架的制作3PCB布线单面板4二、设置PCB工作环境•公、英制换算关系如下：•1mil=0.0254mm•1mm=39.37mil•100mil=2.54mm•1000mil=25.4mm=2.54cm•公英制切换建议使用快捷键“Q”。一、指定元件封装元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的元件外轮廓形状及引脚尺寸，它由元件引脚焊盘大小、相对位置及外轮廓形状、尺寸等部分组成。某些元件的外轮廓形状及引脚尺寸完全一致，那么这些元件可以共用同一个封装，如74LS20和74LS00，它们都是双列直插14脚器件，那么它们的封装形式都是DIP14；另一方面，同种元件可有不同的封装，如原理图中RES2代表电阻，如有AXIAL0.3、AXIAL0.4、AXIAL0.6等等。设计时需要根据不同的功率选择合适的电阻封装。设计PCB时，不仅要知道元件名称，还要知道其封装形式。一般我们会在绘制原理图时指定元件封装，即在任务一绘制电路图的编辑元件序号和参数过程中一同指定元件封装。也可在事后加以补充指定。一、指定元件封装元件封装形式分两大类：针脚式封装和表面贴装式（即贴片式）元件。针脚式元件焊盘的中心有孔，焊盘属性对话框中“Layer”板层为Multilayer（多层），而贴片式元件焊盘的中心没有孔，焊盘属性对话框中“Layer”板层为Toplayer（顶层），有时根据设计需要可以修改成底层，但必须为单一的面。图2-15元件封装的分类一、指定元件封装元件封装的编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。根据元件封装编号可以判别元件封装的编号规格。如AXIAL0.4表示此元件为轴状，两焊盘间距为400mil；DIP14表示此元件为双列直插元件，共有14脚。常见的分立元件封装有以下几种：电阻的封装名为“AXIAL+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如AXIAL0.3、~AXIAL1.0。二极管的封装名为“DIODE+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如DIODE0.4、DIODE0.7。扁平状电容的封装名为“RAD+数字”，其中的数字表示两个焊盘之间的间距。如RAD0.1~RAD0.4。筒状电容的封装名为“RB+数字/+数字”，其中的第一个数字表示两个焊盘之间的间距，第二个数字表示圆筒的直径。如RB.2/.4~RB.5/1.0。图所示：直插型电阻元件封装固定电阻常用的封装模型为“AXIAL”系列的其后缀的数字表示封装模型中两个焊盘的间距，单位为“英寸”（1英寸＝1000mil=2.54cm）。贴片电阻封装模型0805指的是80mil*50mil常用电容封装•无极性电容的封装模型为RAD系列，例如“RAD-0.1”“RAD-0.2”“RAD-0.3”“等，其后缀的数字表示封装模型中两个焊盘间的距离，单位为“英寸”。•电解电容的封装模型为RB系列，例如从“RB-.2/.4”到“RB-.5/.10”，其后缀的第一个数字表示封装模型中两个焊盘间的距离，第二个数字表示电容外形的尺寸，单位为“英寸”。•二极管：封装属性为diode-0.4(小功率）~diode-0.7(大功率），其中的数字亦指两管脚间的距离（英寸）。•发光二极管：管脚间距为2.54mm，则可以选用0805或1206或RB.1/.2等•三极管：常见的封装属性为to-18（普通三极管）to-22(大功率三极管)to-3(大功率达林顿管)，由于形式众多，具体可以看datasheet中，如9013是T0-92。元件封装的绘制•1：测量实际元件的尺寸大小，如果库里面有就从库里面找。•2：按照实际尺寸或PDF文档标注的尺寸来绘制元器件的封装。•3:注意电解电容、二极管、LED、蜂鸣器的正负极；注意三极管的EBC极。•4：注意芯片的引脚排序及序号。protel在利用原理图或网络表更新PCB图时是根据元件序号来放置相应的元件封装，因此原理图中的元件序号一栏不能省略。引脚和引脚之间的电气连接转换成了PCB中的焊盘和焊盘之间的电气连接，所以还必须严格要求引脚序号和焊盘序号一致。如图2-22中所示元件和元件封装都是对应的，极性电容元件符号中1脚是正极，那么元件封装中也必须是1号焊盘是正极。图2-22元件和元件封装对应实例1.元件引脚序号必须和封装引脚序号一致丝印层但也有一些元件符号和元件封却是不对应的，如图2-23所示。出现这种情况时必须通过两种常用的方法解决，一是修改元件符号，二是修改元件封装符号。图2-23元件和元件封装不对应实例表2-2网络表修改提示三、修改网络表现以表2-2中的第一个修改为例说明操作过程。第一步：在图2-24左侧文本编辑器的Find一栏输入VD-1，表示快速查找网络表文件中的VD-1字符串。第二步：单击Search按钮，搜索结果如图2-25所示。表示在网络表的第343行出现了一次该字符。第三步：光标移至“0343：Yyfdq.net”上单击选中该行，网络表文件中将快速显示出该行。第四步：光标移至网络表文件中，将VD-1修改成VD-A即可，结果如图2-26所示。四、加载网格表后常见错误常见的错误提示如下：◆Netnotfound：找不到对应的网络。◆Componentnotfound：找不到对应的元件。◆Newfootprintnotmatchingoldfootprint：新的元件封装与旧的元件封装不匹配。◆FootprintnotfoundinLibrary：在PCB元件库中找不到对应元件的封装。◆WarningAlternativefootprintxxxusedinsteadof：警告信息，用xxx封装替换。一般用户应该根据错误提示回到原理图进行修改，重新生成网络表，直至没有错误提示为止，完成网络表和元件的装入。板框规划值得注意的是，对于机器制板或需要自动布线的PCB图，系统在识别时需要有一个由KeepoutLayer（禁止布线层）框出的封闭区域，即布线区，布线区要小于板框尺寸，一般至少在板框内50mil处，对于采用导轨固定的印制板上的导电图形与导轨边缘的距离则要大于100mil。因此，建议大家在板框规划后习惯性的在禁止布线层作一个封闭区域，操作方法与板框规划相似，不同的是工作层应该切换到KeepoutLayer。绘制完成后如图2-8所示。图2-8具有布线区的板框规划结果•工作层标签可以用来切换PCB不同的工作层。印制线路板设计时，层是一个十分重要的概念。•顶层（TopLayer）：又名元件面，是元器件主要的安装层面。对单面板，元件都安装在该面，该层没有印制导线，一、板框规划•底层（BottomLayer）：又名焊锡面，是布线的主要层面。对于单面板，该层面是唯一能布线的一层。在PCB中，底层的印制导线默认显示的颜色是蓝色。一、板框规划•禁止布线层（KeepoutLayer）：用于定义在电子线路板上能够有效放置元件和布线的区域。在该层绘制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布线的。在自动布线时，该层的设置显得尤为重要，有时就是因为忘了设置布线区域，而不能实现自动布线。•丝印层（SilkscreenLayer）：主要用于放置印制信息，如元件的轮廓和标注、各种注释字符等。Protel99SE提供了TopOverlay和BottomOverlay两个丝印层。一般情况下，各种标注字符都在顶层丝印层。•多层（MultiLayer）：电子线路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电子线路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层：多层。一般情况下，焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。二、设置PCB工作环境执行“Design\Rules…”命令。弹出如图2-9所示的DocumentOptions对话框，单击Layer选项卡，可以发现窗口中有很多工作层，每个层前都有一个复选框。如果相应工作层前的复选框中被选中打“√”，则表明该层被打开，否则该层处于关闭状态。一般我们根据设计需要打开要用的工作层即可。图2-9DocumentOptions对话框二、设置PCB工作环境◆DRCErrors：用于设置是否显示电路板上违反DRC的检查标记，当电路设计中有出现违反设计规则的地方时，PCB图中将显示为高亮度的绿色，对设计者起到很好的提示作用，所以一般选择打“√”。◆Connections：用于设置是否显示飞线，飞线是在从原理图更新到PCB中后提示电路电气连接关系的“飞线”，在元件布局和布线过程中都给工作带来很大的方便，所以一般选择打“√”。◆PadHoles：用于设置是否显示焊盘通孔，一般需要打“√”。◆ViaHoles：用于设置是否显示过孔的通孔，一般需要打“√”。◆VisibleGrid1：用于设置第一组可视网格间距以及是否显示出来。◆VisibleGrid2：用于设置第二组可视网格间距以及是否显示出来。PCB中可视网格的作用和SCH环境中可视网格的作用是一样的，不同的是PCB中有两组网格。一般我们在工作窗口看到的网格为第二组网格，放大画面之后，如果第一组网格也打“√”，才可见到第一组网格。图2-30载入网络表效果元件之间有很多预拉线，又称“飞线”，它反映了原理图中的电气连接关系，为以后的手工布线引路；逻辑上表示了各元件焊盘间的电气连接关系，并不具备真正意义上的电气属性。三、UpdatePCB元件的布局非常重要，是印制板成败的关键之一，布局首先要考虑产品的电气性能，同时还要考虑整体装配的工艺要求，比如插座的位置会影响整机装配连线是否方便；也要考虑便于操作、调试与维护，如电位器的方向与位置等；还要兼顾布线是否方便，尤其对单面板，要确保高的布通率，以减少额外放置跳线；最后还要考虑元件布局的美观。四、元件布局1.自动布局：适合少量元件电路2.自动布局：复杂多种元件电路调整元件的位置，最终使得电路中的元件布局符合上述基本原则，且预拉线交叉尽可能的少，以使后续的手工布线比较方便。图2-34手工布局结果2.手工布局四、元件布局•元件布局的基本规则主要有以下几点：•按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。•元器件离印制线路板机械边框的最小距离必须大于2mm（80mil），如果安装空间允许，最好保留5mm（200mil）。•除微波电路外，一般印制线路板上元件只能沿水平或垂直方向排列，否则不利于插件或贴片。•元件间距要结合插件、焊接工艺、散热、干扰以及成本等综合考虑。例如，对于发热量大的功率元件，元件间距要足够大，以利于散热；当元件间电位差较大时，应加大它们之间的距离，以免放电引起意外短路；带强电的元件应尽量布置在调试时手接触不到的地方等。四、元件布局•尽可能缩短高频器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互靠得太近，输入和输出元件应尽量远离。•质量过重的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。•发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。•对于需要调节的元件，如电位器、微调电阻、可调电感等的安装位置应充分考虑整机结构要求：对于需要机外调节的元件，其安装位置与可调节旋钮在机箱面板上的位置要一致；对于机内调节的元件，其放置位置以打开机盖后即可方便调节为原则。•时钟电路元件应尽量靠近芯片的时钟引脚，尽量将去耦电容和滤波电容等放置在对应元件的周围。四、元件布局•贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。•贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。•金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制导线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。•有极性的器件在同一板上