电路CAD设计软件使用技术第12章 电路板综合设计实例

1、 第12讲电路板综合设计实例 本讲学习目标本讲以制作电脑有源音箱、微机P4电源的PCB板为综合实例，讲解印制电路板的整体制作过程，培养制作电路板的实用技能，积累一定的电路板制作经验。 12.1电脑有源音箱PCB板的制作 本节将以作者亲自设计制作的电脑有源音箱为例，使读者进一步熟悉利用Protel DXP制作PCB板的过程，本电脑有源音箱以市场上流行的功放集成块TDA2030为核心，分为低音和左、右声道功放部分，下面我们讲解制作该PCB板的实际过程。 12.1.1制作原理图元件、绘制原理图 通过对电脑音箱实物分析和电路原理图分析，为了便于安装以及音量调节和指示，电路图分为三大部分，分别为低音板部

2、分、高音板和电源部分、电源指示部分，电路总图中分别用绘图工具中的画线工具分块表示出来，同时用箭头表示信号的流向和各插座排线的连接关系，为了分别制作各PCB板，将总原理图分图纸分别绘制如下。1低音部分原理图自制的低音部分原理图元件音频插孔原理图元件 音频插孔元件实物 TDA2030原理图元件 2调节指示部分原理图自制双连电位器原理图该电路板中W1、W2为双连电位器，由于在一般的元件库中没有该原理图元件图形，所以必须自制，自制的原理图元件如图所示。3高音和电源部分原理图 高音和电源部分原理图如下页图所示，由元件参数基本相同的左、右声道组成，所以可以采取画好一个声道后复制、修改的方法绘制另一个声道，

3、加快原理图的绘制速度和效率，其中桥堆D1采用原理图库元件Bridge1。 高音和电源部分原理图 12.1.2确定封装形式并自制PCB引脚封装 在绘制原理图过程中或完成后，必须在原理图元件属性对话框中的FootPrint（引脚封装）属性栏中指定对应的引脚封装，对于原封装库中没有或不合适的封装形式，必须采取自制或复制修改的方法。 1 自制音频插孔引脚封装 本音箱使用的音频插孔在原有的封装库中找不到合适的封装形式，采取自制的方法，先利用前面介绍的卡尺仔细测量音频插孔三个管脚之间的距离和尺寸，以及管脚的粗细，其中测得的管脚距离参数和自制音频插孔引脚封装如图所示，因为管脚1.7mm，所以确定焊盘参数为X

4、=3mm、Y=4mm，孔径为2.54mm。 2. 制作其它元件引脚封装连接线插座封装 双连电位器封装 发光二极管封装 小电解电容封装 2. 制作其它元件引脚封装TDA2030A封装 整流桥堆封装 2. 制作其它元件引脚封装自制电阻封装 大电解电容封装 12.1.3 制作各PCB板 1. 调节指示板电路板尺寸和元件定位布局 调节指示板电路板布局调节指示板位于电脑音箱前部，它虽然元件不多，但因为电位器的调节柄必须穿过音箱前面的面板，且发光二极管也必须和面板孔对齐，所以电位器之间、发光二极管之间的相对定位必须相当准确，否则电路板安装时会出现困难。 2. 调节指示板布线覆铜效果图 布局、定位元件后，接

5、着可以设置布线规则、自动布线、手工修改、添加覆铜区等操作，最终的参考效果如图所示。 低音电路板尺寸规划和元件布局本电路板功放GD（TDA2030）必须安装在音箱后盖散热板上，因此它的定位必须比较精确，其定位参数为：第一管脚距电路左边框26.416mm，同时必须注意电路板左上角安装孔的定位尺寸分别为X=4.572mm，Y=7.112mm。有定位要求的元件还有音频输出插座PHONE1，它的第二焊盘距电路板左端15.24mm，以上尺寸是根据电路板的安装位置、音箱外壳、散热板实物等利用卡尺测量的实际尺寸。在实际制作电路板前还要充分考虑电路板的实际尺寸，并确定关键的定位元件，测量好它们之间、它们和电路板

6、边框之间的定位尺寸。对该板元件进行手工布局。由于元件较多，所以布局需要较长时间仔细、综合考虑各因素，在满足定位尺寸、电气法则的前提下，尽量使飞线较短，交叉较少，并使接插件靠近电路板边缘，便于安装和接插调试，其电路板尺寸和元件布局如图所示。 低音电路板尺寸规划和元件布局 低音电路板PCB布线和覆铜效果图 对低音电路板进行完手工元件布局后，就可以设置布线规则进行自动布线，也可采用对地线和电源线先手工预布一部分导线，锁定后再自动布线的方法。由于该电路板元件较多，同时受音箱体积的限制，电路板面积较小，所以该板的布线密度较高，自动布线的效果不好，自动布线时许多导线为了连通，弯曲较多，长度过长，所以必须手

7、工进行修改，其布线和覆铜效果如图所示。 短路线的使用图中W1为短路线，在单面板中，为了提高布通率，并使导线不至于弯曲过多，在某些导线中间放置焊盘，以便安装电路板时焊接短路线，从而提高单面板的导线密度，该方法在电视机、显示器等单面电路板中广泛采用，但一般要求短路线不能太长，本电路板中利用短路线W1穿过三根底层导线。手工修改布线后可以进行添加覆铜区等操作，最终效果如图所示。 3 高音和电源部分PCB板制作高音部分功放、电源板和低音部分电路板一样，元件较多，电路板面积较小，所以元件布局和布线难度较高，与低音部分电路板一样，高音功放GL、GR（TDA2030）必须安装在音箱后面散热铝板上，所以它的定位

8、也必须比较精确，GR第三管脚距电路左边框39.116mm，GL第三管脚距电路左边框58.422mm，同时必须注意电路板右上角安装孔的定位尺寸分别为X=5.08mm，Y=5.08mm,此处电路板中用大焊盘代替该安装孔，这样可以通过安装螺钉使外壳和电路板地线端相连，起到外壳抗干扰的作用，元件手工布局调整后如图所示。 高音和电源板尺寸和元件布局 高音和电源板PCB布线和覆铜图 12.2电脑P4开关电源PCB板制作 电脑P4开关电源板元件多、功率大，电路板面积小，元件密度和布线密度高，所以该电路板的制作难度较大，本节将讲解台式电脑P4开关电源板的制作过程。 12.2.1 制作原理图元件和绘制原理图电脑

9、P4开关电源元件很多，而电路板因受电源外壳的限制面积较小，所以我们为了降低电路板元件密度和布线难度，将小信号控制部分从主电源板中取出单独制成小的双面板，利用双面板布线密度高、难度低的特点，减少主电源板的元件数，同时可以提高抗干扰能力和便于调试。1绘制主电路板原理图主电路板原理图如课本图12.16所示。注意电路中有二种接地符号，一种接地符号为 ，表示300V高压接地，另一种接地符号为 ，表示低压部分接地。其中保险管F选用分立元件库Miscellaneous Devices.IntLib中Fuse 1，光耦U301（PC817A）选用Optoisolator1，Q301(TOP204YAI)选用J

10、FET-P。 自制主电路板原理图元件(a)复合电感L201 (b)变压器T1 (c)变压器T2 自制主电路板原理图元件 (d)变压器T3(e)交流扼流圈NF (g)复合整流管D209、D217 自制主电路板原理图元件 (f)小板插座P1 (h)小扼流圈L206、L207 (i)整流桥堆 2 绘制小信号控制板原理图小信号控制板原理图如课本图12.18所示。小信号控制板的元件一般为分立元件，在常用元件库Miscellaneous Devices中基本可以找到，只是集成块IC201、IC202采用自制原理图元件，如图所示。 制作主电路板PCB元件封装 保险管F的封装FUSE-1 插座JP1封装HEA

11、DER2 二极管封装DIODE0.3 电感封装IN5 整流桥封装ZLQ1 制作主电路板PCB元件封装T2封装T2 T1封装TR1 制作主电路板PCB元件封装T3封装TR3 三极管封装TO-N 复合二极管封装TO-S 制作主电路板PCB元件封装大无极性电容封装CAP1 无极性电容封装CAP0.6 L204封装IN2 L206、L207封装IN3 制作主电路板PCB元件封装)L201封装IN4 交流扼流圈NF封装IN1 小板插座封装PAGE1 为了使小信号控制板能够插在主电源电路板上，并实现电路的连通，我们设计了小板插座P1的封装，在制作该封装时必须严格按照图所示的定位尺寸，使其和小板的焊盘对齐，

12、封装中的二个小方框为挖切部分，为了防止走线时导线穿过该区域，二个小方框可绘制在Keep Out Layer(禁止布线层)，各焊盘由于不需穿过元件管脚，所以焊盘孔径可设为0。 小板插座封装PAGE1 3 制作小信号控制板PCB封装形式 三极管封装TO-92C IC204封装TO-92E DIODE0.2 AXIAL 制作主电路板 2. 载入主电路板引脚封装并手工布局由于电路板面积小，元件多，所以元件密度高，自动布局已经无法发挥作用，所以直接采用手工布局，并采取分功能模块布局的方法，先定位体积较大，对定位有严格要求的核心关键元件，如大的变压器，滤波电感、大体积滤波电容、小板安装孔

13、等，特别是固定于散热片上的三极管V101、V102、Q301，以及复合二极管D208、D209、D217，它们分二组分别安装与二块不同的散热片上，它们之间的相互定位以及散热片的安装孔定位都非常重要，若处理不当会发生安装困难。全面布局后的效果如图所示，手工布局过程非常重要，将直接影响到后面的布线，手工布局该板将需要较长的时间。 主电路板布局效果图 主电路板布线效果图 4增加导线导电能力的小技巧 在主电源电路板中，由于电路板面积小，元件多，布线密度高，所以导线不可能布线太宽，但部分导线电路很大，如各路低电压输出导线5V、12V等，输出电流大到接近20A，因此必须采取措施在不增加导线宽度的前提下，增

14、加导线的导电能力，本电路中采取了如下措施。制作电路板时将铜箔导线上的阻焊漆去掉，在焊接电路板时，就可以在没有阻焊漆的导线上焊上一层较厚的焊锡增加导线的导电能力。 增加导线导电能力制作方法为了在制作电路板时将铜箔导线上的阻焊漆去掉，我们可以在PCB编辑器中将电路板层面设置为Bottom solder(底层阻焊层)，利用画线工具在需要去掉阻焊漆的导线上再次绘制导线或填充区即可，如图所示，导线或覆铜区上的浅色部分将不会涂上阻焊漆而将铜箔裸露出来，便于焊接时用焊锡加强导线的导电能力。 利用Bottom solder层加强导线导电能力 重新绘制的区域不会涂上阻焊漆 1规划小信号控制电路板 小信号控制电路板元件布局 小板顶层布线效果 连接焊盘的作用和定位注意：小信号控制电路板下端的连接焊盘主要作用是将小板固定焊接在主电路板上（小板插