PCB设计技术 课件 0课程导学、1 PCB设计基础、2 按键控制LED电路

PCB设计技术课程课程简介与导学PCBDesign课程定位集成电路技术专业课程地图一上电路基础集成电路技术专业概论一下二上二下三上目标岗位（群）应用数学基础Linux系统操作基础嵌入式C语言程序设计模拟电子技术印刷电路板（PCB）设计半导体器件与工艺仿真单片机应用技术集成电路设计技术机械制图与计算机绘图数字电路与可编程逻辑器件集成电路EDA技术微控制器应用技术集成电路(IC)版图设计FPGA/CPLD应用技术平板显示集成电路设计专用集成电路(ASIC)设计集成电路开发与测试模拟集成电路设计数字集成电路设计集成电路应用系统设计设计方向集成电路版图工程师集成电路工艺工程师测试、应用方向集成电路验证工程师集成电路应用工程师专业基础课程专业核心课程专业拓展课程我们的课在这PCB工程师是进行印刷电路板（PCB）设计和仿真，跟踪电路板制造、焊接和调试过程，并解决相关问题的专业技术人员。就业前景02.就业前景初级PCB工程师—无工作经验02.就业前景中级PCB工程师—2-4年工作经验02.就业前景资深PCB工程师—5年工作经验项目经验是PCB工程师的立身之本是用人单位进行薪酬评定的核心要素课程特点03.课程特点PCB设计初学者初级PCB工程师项目实践这门PCB设计课程课程基于行业特点，从岗位能力需求出发，是一门为PCB设计初学者量身定做的入门及提高课程这门课能帮你的软件使用只是PCB设计的基本要求，工艺规范和布局布线技术才是PCB设计的核心知识。知其然，更要知其所以然03.课程特点布图软件的使用01布局布线规则技术0302电子工艺和规范软件应用工艺与规范布局布线规则技术本课程传统课程课程的教学重点模式具有两大特点：一是学习逻辑难度的渐进能够让学习者更好地掌握知识；二是项目的循环式训练能够让学习者在反复的项目实践中快速掌握软件的使用03.课程特点课程的教学模式传统教学模式封装设计原理图绘制PCB布局PCB布线渐进式项目化教学简单项目进阶项目扩展项目入门项目03.课程特点课程的资源特色难度项目1均为独立、完整项目，难度渐进；所有项目包含知识讲解和操作指导视频；项目1和项目2为手把手式教学，面向零基础学习者；所有项目包含详细的元件图纸；所有项目提供详细的设计示例文档。项目2项目3项目4项目5课程的学习方法04.课程的学习方法一、循序渐进，在实践中掌握软件使用项目1项目2项目3项目4项目5项目？入门难度，元件少手把手教学视频解决主要操作问题简单难度，元件适量工业规范和知识解决进阶操作问题进阶和复杂难度多层板(≥4)，高频布线企业开发实际案例04.课程的学习方法二、利用课程线上资源，混合式学习04.课程的学习方法三、使用配套信息化教材，提高效率教材以讲解PCB设计的工艺规范等核心知识为主，同时以二维码的形式提供知识点的讲解视频、操作视频、课件和元件图纸等资源。学习者在使用教材的时候，可以很方便的使用移动设备获取资源，事半功倍。PCB布线的原则就像是男人去买衣服，尽量少走弯路，直奔主题，让线尽量短，而且直就好！PCB工程师设计经验PCB设计技术课程引言:PCB设计基础PCBDesign执经叩问一词出自明代宋濂的《送东阳马生序》：“又患无硕师名人与游，尝趋百里外，从乡之先达执经叩问。”，意为手拿经书，向他人请教。现形容一个人虚心求学。PCB设计，是一门技术，更是一门手艺。PCB的定义01.PCB的定义还记得这个经典的中学物理实验吗？01.PCB的定义这一堆零散的元件，假设需要搬动，可以怎样做？01.PCB的定义作为载体，将零散的电路元件整合起来是电路板的核心功能悬空的线01.PCB的定义印刷电路板（PrintedCircuitBoard,PCB）使用贴附在板表面的薄铜线完成元件之间的电气连接贴附在板表面的薄铜线PCB的重要概念02.PCB的重要概念金属孔（1号引脚）物理封装丝印金属孔（1号引脚）2号2号金属线物理封装的三个重要作用：标示元件的大小和形状安装和固定元件提供元件之间的电气连接端点引脚是元件之间的连接端点PCB的作用03.PCB的作用元件和PCB共同组成电路的具体物理系统，每一块PCB都是为某一个特定电路量身定制的，PCB是电路的载体，为电路元件提供“安身之所”和电气物理连接03.PCB的作用3个主要功能：为整个电路系统提供物理载体提供所有元件的“专属位置”实现元件之间的电气连接印刷电路板是现代电子系统的核心部件，是一种采用类似“印刷”技术制造的电子底板，英文简称为PCB（PrintedCircuitBoard）PCB工程师是进行PCB设计和相关仿真，跟踪PCB制造过程并解决相关技术问题的专业技术人员。主流的PCB设计软件04.主流的PCB设计软件AltiumDesigner澳大利亚Altium公司1985SiemensPADS美国Mentor公司1981CadenceSPB美国Cadence公司1988国内外四款主流的PCB设计软件立创EDA深圳市嘉立创公司200604.主流的PCB设计软件AltiumDesigner的发展历史19851991200220062019创始人NickMartin成立Protel公司推出Windows版本的Protel软件2001年更名为Altium公司推出经典的ProtelDXP版本软件改进并更名为AltiumDesigner软件推出界面全新的AD19版本AltiumDesigner工具的发展经历了多次的更新，其中经典的版本包括：2000年的Protel99SE、2002年的ProtelDXP和2004年的Protel200404.主流的PCB设计软件AltiumDesigner软件界面04.主流的PCB设计软件AltiumDesigner的特点统一平台封装、原理图、PCB、文档处理和仿真的统一软件环境下简单易用简化复杂的制造工艺知识，使得新手可以快速上手3D视图功能能够产生美观、精细的电路板3D效果图，可视化好04.主流的PCB设计软件AltiumDesigner澳大利亚Altium公司1985SiemensPADS美国Mentor公司1981CadenceSPB美国Cadence公司1988国内外四款主流的PCB设计软件立创EDA深圳市嘉立创公司200604.主流的PCB设计软件SiemensPADS的发展历史PADS软件的前身是PowerPCB工具，历经PADS2005、PADS9.5等多个版本的发展和改善，目前已更新到PADSVX系列19812001200320122014成立MentorGraphics公司美国俄勒冈州推出支持WindowsXP的PowerPCB完善升级更名为PADS2005推出经典的PADS9.5版本应用广泛升级更名为PADSVX系列2016被西门子公司收购04.主流的PCB设计软件SiemensPADS软件界面04.主流的PCB设计软件SiemensPADS的特点布线功能强大特别是针对高密度多层PCB的复杂布线效率更高设计效率高由于规则简单，操作简便，同时兼顾布线效率规则设置简单对工艺的设置操作简单，易于理解，逐步深入04.主流的PCB设计软件AltiumDesigner澳大利亚Altium公司1985SiemensPADS美国Mentor公司1981CadenceSPB美国Cadence公司1988国内外四款主流的PCB设计软件立创EDA深圳市嘉立创公司200604.主流的PCB设计软件CadenceSPB的发展历史CadenceSPB主要包括原理图设计工具OrCAD和PCB设计工具AllegroPCBEditor两个主要模块19881999200520092018由SDASystems和ECAD公司兼并而成收购OrCAD并推出OrCAD9.21版本OrCAD与Allegro整合为SPB系列推出经典的CadenceSPB16.3版本已经升级到SPB17.X系列04.主流的PCB设计软件CadenceOrCAD软件界面CadenceAllegro软件界面04.主流的PCB设计软件规则严谨繁杂工程师需要熟悉每一个工艺细节和规则设置，入门难设计效率明显PCB设计难度越大Allegro体现的设计效率优势越明显扩展插件丰富自定义快捷键，安装第三方插件，有效提高设计效率CadenceSPB的特点04.主流的PCB设计软件AltiumDesigner澳大利亚Altium公司1985SiemensPADS美国Mentor公司1981CadenceSPB美国Cadence公司1988国内外四款主流的PCB设计软件立创EDA深圳市嘉立创公司200604.主流的PCB设计软件立创EDA是一款国产PCB设计软件，基于JavaScript开发，完全由中国团队独立研发，并拥有完全的独立自主知识产权04.主流的PCB设计软件立创EDA标准版软件界面设计软件的选择PCB设计软件的成长之路新手AltiumDesignerSiemensPADSCadenceAllegroPCB工程师选择PADSOrCAD画原理图立创EDA学习PCB设计的关键不仅是要知道“怎么做”（软件的使用），更重要的是知道“做成什么样（布局布线技巧和工艺规范）”布局布线技巧工艺规范软件的使用不要依赖别人，如果不是你自己设计布线，一定要留出充裕的时间仔细检查别人的设计。在这点上很小的预防抵得上一百倍的补救。PCB工程师设计经验PCB设计技术课程项目1:按键控制LED电路PCBDesign千里之行，始于足下千里之行，始于足下一词出自《老子·道德经》，意思是千里的远行，是从脚下第一步开始走出来的。学习一门技能亦是如此。本章的关键词是：流程设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤7PCB设计是一个典型的多步骤、渐进式的软件操作过程设计准备设计准备是每一个PCB项目的起点设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤7设计准备主要包括三方面的工作：明确项目设计要求、了解项目概况和建立项目目录01.设计准备01.设计准备1.1明确项目设计要求工程设计要求设计交付时间设计软件要求外框尺寸、板层数量……确定设计周期、安排分工……PADS、Allegro、AD……01.设计准备1.2了解项目概况电路原理01.设计准备元件型号的确定1.2了解项目概况CR2032电池及电池座直插型色环电阻直插式LED轻触式贴片按键01.设计准备1.3建立项目资料目录bom：放置元件清单，该文件由原理图导出并完善；datasheet：放置电路元件的资料，包括规格图纸、设计须知等；dxf：放置PCB的结构文件，该文件由结构工程师给出；Gerber：放置PCB制造所需的图纸，由PCB导出；lib：放置PCB设计所需的库文件；pcb：放置PCB源文件；ref：放置电路PCB设计的约束参考文件，说明文档等；sch：放置原理图源文件。逻辑封装设计设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤702.逻辑封装设计2.1逻辑封装与逻辑封装库02.逻辑封装设计逻辑封装，也称为原理图封装，是电路元件功能和引脚情况的抽象图形表示。一个元件的逻辑封装不是唯一的，只要能够正确表示元件引脚情况，同时形象地表示元件的功能特点，即使图形有所区别，都是可以的2.1逻辑封装与逻辑封装库02.逻辑封装设计逻辑封装库是存放逻辑封装的“仓库”一个良好的习惯是为每一个PCB项目新建对应的逻辑封装库，将已有封装复制过来，并设计缺少的封装，方便项目的管理，降低封装调用错误的风险2.2纽扣电池座的逻辑封装设计02.逻辑封装设计引脚数量为2的极性元件，在PCB设计的过程中，引脚的序号最好能够遵守相同的命名规则。一般遵守“1正2负”的设计规则，即1号引脚作为正极，2号引脚作为负极因此，此类极性元件的引脚序号不能隐藏，方便核对元件极性是否正确隐藏引脚名称无隐藏2.3色环电阻的逻辑封装设计02.逻辑封装设计因此，此类引脚数量为2的非极性元件，其引脚的序号一般定义为1和2，引脚的名称与序号相同，两者均隐藏显示，以尽量保持电路图的整洁清晰与电池底座的逻辑封装不同，电阻属于非极性元件，两端不区分正负极，安装时两端可以互换2.4LED的逻辑封装设计02.逻辑封装设计封装包含两个引脚和一个带箭头的三角形，这是业内普遍采用的一种表示形式。与电池座逻辑封装类似，LED属于极性元件，因此按照“1正2负”的原则定义引脚的序号。引脚的名称可以与序号相同。正极2.5按键的逻辑封装设计02.逻辑封装设计不同的按键，其结构原理和引脚数量不同，逻辑封装也不同.本电路采4个引脚的贴片按键，其逻辑封装的的设计方案不是唯一的原理图绘制设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤702.逻辑封装设计3.1原理图的概念和作用03.原理图绘制原理图（Schematic）是电路的逻辑抽象表示，清晰明了地表达电路所包含的元件类型和数量，以及元件之间的连接关系。原理图在PCB设计中具有两个重要作用：表示电路中的元件及其型号信息；表示电路中各元件的连接关系。工程师在进行项目交接的时候，主要是依据原理图来核对电路设计是否正确。3.2原理图的简单操作放置元件：对照给定的原理图，从逻辑封装库中调取所需要元件的逻辑封装，放置于原理图上合适位置。绘制连线：根据电路的连接关系，使用导线将各个元件逻辑封装的引脚连接起来。03.原理图绘制逻辑封装库原理图元件封装1元件封装2元件封装3元件封装1元件封装2元件封装3元件封装1放置元件绘制连线极性元件注意区分正负12121324按键的1-2、3-4内部相连，按下后，上下连通03.原理图绘制按键控制LED电路的原理图绘制过程课堂实训完成项目1的原理图绘制（20分钟）物理封装设计设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤704.物理封装设计4.1物理封装和物理封装库04.物理封装设计物理封装是根据元件实物外形尺寸而设计的图形表示保存物理封装的库称为物理封装库，或者PCB库物理封装和逻辑封装是同一元件在PCB设计过程中不同步骤的不同表示物理封装用于设计流程后段的PCB布局布线步骤，也称为PCB封装4.2纽扣电池座的物理封装设计04.物理封装设计圆形焊盘包括两个主要参数：内直径和外直径。内直径的取值必须大于元件针脚的最大直径。外直径的取值以内直径为参考，一般在内直径的基础上，增加0.5~1.5mm。内直径越大，需要增加的值也越大04.物理封装设计04.物理封装设计逻辑封装1号2号物理封装原点(0,0)20mm坐标(12,0)坐标(-8,0)4.3色环电阻的物理封装设计04.物理封装设计色环电阻的两端是细长的金属针脚，针脚在安装时需要弯折，穿过PCB进行焊接。色环电阻属于直插型元件，其焊盘为圆形焊盘，其物理封装的设计按照放置焊盘和绘制外形丝印两个步骤进行4.4直插型LED的物理封装设计04.物理封装设计04.物理封装设计LED属于极性元件，两个焊盘的位置不能随意调换，遵循“1正2负”的命名规则，1号焊盘是正极，在外形丝印上必须绘制一个表示正极的标记。(0,0)坐标(1.27,0)坐标(-1.27,

0)5.8mm12正极标记4.5贴片按键的物理封装设计04.物理封装设计不穿透底面区域贴片焊盘元件引脚(0,0)1(-4.3,1.95)2(4.3,1.95)4(4.3,-1.95)3(-4.3,-1.95)6mm网表处理设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤705.网表处理05.网表处理网表（Netlist）是连接PCB设计前端（原理图）和后端（PCB布局布线）的关键文件。网表处理主要包括写入物理封装信息、网表导出和网表导入三个主要步骤123写入物理封装信息网表导出网表导入网表处理的3项工作5.1写入物理封装信息完成逻辑封装设计、原理图绘制和物理封装设计3个步骤后，工程师需要将物理封装的信息写入到原理图对应的元件。信息写入后，原理图的每一个元件的逻辑封装与其物理封装才真正建立了对应关系CR203205.网表处理5.2网表导出网表PartsBT1电池座封装SW1开关封装…Netsnet1:BT1.1,SW1.1net2:SW1.2,VR1.1…元件标号元件物理封装元件之间连接关系05.网表处理5.3网表导入网表PartsBT1CR2032R1DIP_R…Netsnet1:BT1.1,R1.1…物理封装库CR2032DIP_RLEDKEYPCB图1.调取封装net12.分配连接关系BT1R1第1步，调取封装：在网表的导入过程中，软件首先根据网表的元件物理封装信息，从物理封装库中调取对应的封装，并将元件标号分配至对应的封装。第2步，分配连接关系：封装调取后，根据网表中Nets部分，分配焊盘之间的连接关系。05.网表处理PCB布局设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步骤5步骤6步骤706.PCB布局6.1布局的基本概念和原则06.PCB布局网表导入后，元件的物理封装是无序排列的，下一个步骤就是要将这些无序物理封装按照设计要求摆放至合适位置，这一过程称为PCB布局（Layout）。布局是PCB设计的关键步骤，合理的布局能够有效提高后期PCB布线的效率和质量，而凌乱、错误的布局将直接影响布线的质量，甚至导致PCB无法完成。先布局，后布线，是PCB设计的基本原则6.2布局的基本操作06.PCB布局BT1R1D1SW1鼠线BT1R1D1SW1板框布局前布局后PCB布线设计准备原理图绘制网表处理PCB布局PCB布线逻辑封装设计物理封装设计后续处理步骤0步骤1步骤2步骤3步骤4步