项目2 双面PCB的设计与制作-任务5

多层印制板设计与制造印制板电路板的设计与制造项目2双面PCB的设计与制作—任务5设计双面PCB任务5设计双面PCB5.1

创建元器件的封装库和集成库5.2PCB的设计规则5.3双面PCB设计5.4拓展训练5.1创建元器件的封装库和集成库5.1.1创建元器件的封装

元器件的外形尺寸通常有两种途径获得，一种是通过元件手册，手册上会提供它的外形及引脚尺寸，另一种就是用游标卡尺直接测绘。这里我们直接给出数码管的外形尺寸，如图5-1所示。

图5-11.启动元器件编辑器

执行菜单命令“File”→“New”→“Library”→“PCBLibrary”，打开PCB封装库编辑器，系统自动产生一个PCB库文件“Pcblib1.PcBlib”，如图5-2所示。图5-2单击“PCBLibrary”在工作区中打开PCB库编辑管理器，如图5-3所示。执行菜单命令“工具”→“元器件属性”在弹出的对话框中输入“数码管”如图5-4所示，或者双击该名称也可重命名，然后单击确定。图5-32.栅格设置执行菜单命令“Tools”→“LibraryOptions”命令（快捷键为T，O）打开BoardOptions对话框，如图5-4.图5-4图5-53.添加焊盘执行“Place”→“Pad”命令（快捷键为P,P）或单击工具栏按钮，光标处将出现焊盘，放置焊盘之前，先按Tab键，弹出Pad[mil]对话框，如图5-6所示。图5-6放置好的焊盘的数码管如图5-7所示。4.绘制轮廓①在绘制元器件轮廓之前，先确定它们所属的层，单击编辑窗口底部的TopOverlay标签。②执行“Place”→“Line”命令（快捷键为P,L）或单击按钮，放置线段前可按Tab键编辑线段属性，这里选默认值。绘制好数码管封装如图5-8所示。图5-75.1.2创建元器件的集成库

1.集成库的概念

在集成库中的元件不仅具有原理图中代表元件的符号，还集成了相应的功能模块，如FootPrint

封装，电路仿真模块，信号完整性分析模块等。优点：便于移植和共享，元件和模块之间的连接具有安全性，集成库在编译过程中会检测错误。图5-82.集成库的创建步骤集成库的创建主要有以下几个步骤：①创建集成库包②增加原理图符号元件③为元件符号建立模块联接④编译集成库3．实例①执行菜单命令File→New→Project→Integrated

Library（集成库），如图5-9所示。新建一个集成库工程，默认名称为Integrated_Library1.LibPkg。②执行菜单命令File→Save

Project将工程保存为MyLib.LibPkg。③执行菜单命令File→New→Library→SchematicLibrary创建原理图库，并命名为MyLib.SchLib。然后按照前面的方法绘制原理图符号。图5-9④执行菜单命令File→New→Library→PCBLibrary创建原理图库，并命名为MyLib.PcbLib，如图5-10所示。然后按照前面的方法绘制原理图符号对应的封装。⑤执行菜单命令Project→Compile

IntegratedLibraryMyLib.LibPkg对生成的集成库MyLib.LibPkg进行编译，如图5-11所示。图5-105.2PCB的设计规则5.2.1PCB布局规则

①深入理解原理图，明确板上主要元器件，根据印制板的主信号流向布局主要元器件。如图5-12所示，电解电容C1在布局时要紧挨着整流桥BRIDGE2放置。图5-11

图5-12②元器件距离印制板边缘不小于200mil(5.08mm)。③器件布局栅格的设置，一般建议在IC器件布局时，栅格设置为50～100mil,小型表面安装器件布局时，栅格设置不少于25mil。④需考虑与结构安装有关的问题，如固定螺钉和金属垫片直径外1～1.5mm范围内不能放置过孔和走线等。⑤优先布局重要的单元电路和核心元器件，如图5-13.⑥质量较大的元器件应避免放在板的中心，应靠近印制板的固定边放置。⑦同类型插装元器件应尽量朝一个方向放置。同一类型的极性分离器件也要尽量在方向上保持一致。⑧按照均匀分布、重心平衡、板面美观的标准优化布局。图5-135.2.2PCB布线规则

①回路最小规则，即信号线或地线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小，如图5-14。图5-14②克服串扰的主要措施是：加大平行布线的间距，遵循3W规则（W为线宽）；在平行线间插入接地的隔离线；减小布线层与地平面的距离，如图5-15。图5-15③屏蔽保护规则如图5-16所示，图中将信号线用地屏蔽线包围起来。

图5-16④走线方向控制规则：相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰。如图5-17所示。图5-17⑤走线开环检查规则：一般不允许出现一端浮空的布线主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接收，如图5-18。图5-18⑥走线闭环检查规则：防止信号线在不同层间形成自环，如图5-19。图5-19⑦倒角规则：防止信号线在不同层间形成自环，如图5-20。图5-20⑧走线长度控制规则：即短线规则，在设计时应使布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，如图5-21。图5-21⑨集成电路焊盘出线方式a.集成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-22.b.集成电路走线不允许突出焊盘，如图5-23.图5-22图5-23c.集成电路走线应从焊盘端面中心位置连接,如图5-24.d.相邻的密间距（小于50mil）表贴焊盘引脚需要连接时，应从焊盘外部连接，不允许在焊盘中间直接连接,如图5-25.图5-25图5-245.3双面PCB设计5.3.1创建PCB文件规划电路板

1.创建PCB文件

2.PCB环境参数设置执行菜单命令Design→BoardOption菜单即可打开板选项对话框，将捕获网格设置为25mil，元件网格设置为50mil，网格显示Grid1设置为1倍的捕获栅格，Grid2设置为1倍的捕获栅格，显示标记Marker设置为Line（在进行布线时，应将其改为Dot）。

3.双面板工作层设置

将鼠标放置在工作区单击键盘上“L”键，弹出板层与颜色设置对话框，然后按照图5-26设置要显示的工作层。图5-264.电路板外形设置按照前面的方法绘制电路板外形，如图5-27所示。

图5-275.3.2装载网络表5.3.3数字钟PCB布局元件载入PCB板后，就可以根据元件的布局原则仔细调整元器件的位置。对于数字钟的PCB在布局时要注意以下两点：①数码管作为时间的显示应放置在电路板的边缘。②集成电路要排列整齐。1.元件对齐和均匀分布操作

图5-28为初步布局的6个数码管，高低不一，且间距不等，如果用手动方式使它们均匀排列并对齐花费时间很多。对齐方法：①用鼠标选中6个数码管后，将鼠标放在其中一个数码管上，单击右键，在弹出菜单中选择Align→AlignVerticalCenters后，用鼠标选择DS4，所有被选中的数码管全都与DS4垂直对齐。5-28②再将鼠标放在其中一个数码管上，单击右键，在弹出菜单中选择Align→DistributeHorizontally，6个数码管的间距也保持一致了，如图5-29所示。

2.元器件锁定元器件布局时，有些关键元件的位置是固定的，为防止因忘记而被移动，这种元器件布局后，通常图5-29将其位置锁定。具体方法是（以数码管DS1为例）：双击该DS1的封装，在弹出的对话框中将“Locked”选项选中，如图5-30所示。此时DS1就被锁定了。数字钟PCB的参考布局如图5-31所示。图5-30图5-315.3.4数字钟PCB布线

1.布线前的规则设置

（1）“Clearance”（安全间距规则）设置将此选项设置为0.254mm。（2）“Width”（线宽）设置

“GND”网络：最大线宽为2.5mm、优选线宽为1.5mm，最小线宽为1mm；

“5V”网络：最大线宽设置为2mm，优选线宽为1.5mm，最小线宽设置为1mm。

其余信号线：线宽均设置为0.4mm。（3）过孔设置执行菜单命令Design→Rules，在弹出的对话框中选择RoutingViaStyle选项设置过孔尺寸。如图5-35所示，单击OK按钮完成设置。图5-352.手工布线设置好布线规则后，接下来进行手工布线。双面板布线时，顶层和底层的布线要尽量做到相互垂直。布线前还应将网格显示改为点显示。在布线过程中，本层布线遇到走不通或需要切换另一层才能连接时，此时就要放置过孔切换到另一层去布线。如图5-36、5-37和5-38所示。

数字钟的布线参考如图5-39和5-40所示。5.3.5DRC

5.3.6生成Gerber文件图5-38图5-37图5-36图5-39图5-405.4.1拓展训练11.项目设计要求图5-43所示为以ATMEGA16L单片机为核心的控制板。（1）原理图绘制要求①正确使用元器件符号绘制原理图。②每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。③正确使用网络标号，不要错标、漏标。④发光二极管、插座J1~J4要排列整齐，高度要一致5.4拓展训练图5-43（2）PCB设计要求①印制板尺寸：长：2900mil、宽：2300mil。②设计成双面板并覆铜。③隐藏所有元器件参数标注。④元器件封装排列要整齐紧凑。⑤由于生产加工时所须的夹持边，所以在印制板边缘2mm区域内禁止布局。⑥遵照“先大后小，先难后易”的布局原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。⑦电源线和地线要尽量宽。2.设计步骤①新建PCB项目文件，命名为“AVR单片机控制板.PrjPcb”，在项目中新建原理图文件“AVR单片机控制板.SchDoc”。②按表5-1，添加元器件库、标注元器件参数。③绘制导线，放置电源符号、接地符号和网络标号。④对绘制的原理图文件进行编译，然后保存原理图文件。⑤在项目中新建PCB文件“AVR单片机控制板.PcbDoc”.

DesignatorCommentFootprintQuantityJP5chargeSIP21JP6NoChargeSIP21P1MHDR2X13MHDR2X131D1,D2,D3,D4,D5,D6414812066CRY111.0592XTAL11J7SIP41J8SIP41C161000uFRB-.2/.41C610212061C2,C4,C71043C11061C8,C915p2J1,J2,J3,J4IDC264J5IDC141POWER1LED1R410k12061R21k1R3,R53K2R14.7k1U1ATMEGA16LDIP401J6JTAGIDC-1015.4.2拓展训练21.项目设计要求图5-47所示为以纠错控制电路。（1）原理图绘制要求①正确使用元器件符号绘制原理图。②每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。其中，AT89C52、MAX232、LCD12864、DAC0832等元器件的符号需要自己制作，或者更改库中提供的类似元器件。③正确使用网络标号，不要错标、漏标。④按模块绘制各部分电路，并用直线分开。⑤对元器件进行手动布局。插座应放置在印制板的边缘，晶振CRY1和电容C1、C2应放置U1的12和13脚附件。⑥将电源和地线都设置成60mil，其余导线设置成10mil；过孔的直径设置为35mil，孔径设置为20mil，用手工方式进行布线。⑦布线结束后，需要对电路板覆铜。布线参考如图5-45和5-46所示。

图5-45图5-46图5-47（2）PCB设计要求①印制板尺寸：长：4960mil、宽：3780mil。②设计成双面板。③隐藏所有元器件参数标注。④元器件封装排列要整齐紧凑。2.设计步骤①新建PCB项目文件，命名为“纠偏控制.PrjPcb”，在项目中新建原理图文件“纠偏控制.SchDoc”。DesignatorCommentFootprintLibraryNameQuantity备注BZQ1,BZQ2,BZQ3,VOUT12864

VR53元件符号和封装自制C1,C230pFCAP0.3MiscellaneousDevices.IntLib2封装自制C3,C947uFCAP1封装自制C4,C5,C6,C7,C8,C10,C11,C12,C13,C14,C15104CAP0.311封装自制DB9DSUB1.385-2H9MiscellaneousConnectors.IntLib

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J1PWR2.5KLD-02021

K1,K2,K3,K4,K5,K6,K7,K8,K9,K10,K11,K12,K13,K14,K15,K16,RESETSW-PBKEY

MiscellaneousDevices.IntLib17封装自制LCD12864HDR1X201元件符号自制LED1,LED2LED3,LED4LED0LED-XALMiscellaneousDevices.IntLib4封装自制P1Header9HDR1X9MiscellaneousConnectors.IntLib

1P2,P3Header3HDR1X32POWERHeader4X2HDR2X41封装自制R1,R3,R4,R5,R