1、電子CADProtel DXP 電路設計 任任 富富 民民 編編 著著中等職業學校教學用書（電子技術專業）中等職業學校教學用書（電子技術專業）電子教案電子教案 第11章U盤PCB板設計 本章學習目標本章以制作U盤PCB板為例，介紹SMT多層板的制作技巧和編輯修改方法，以達到以下學習目標：理解多層板的含義，掌握多層板的創建方法。理解內電層的含義，內電層的屬性設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，以節省電路板面積。根據前

2、面章節的介紹，并結合元件的實際外形和管腳排列情況，而且部分元件還參考了元件供應商提供的技術和封裝參數，確定合適的元件封裝如表所示。 數碼搶答器元件封裝表 元件類型 元件封裝 封裝庫 電阻R C1005-0402 Miscellaneous Devices.IntLib 無極性電容C C1005-0402 發光二極管 DSO-F2/D6.1 有極性電容 CC1608-0603 Chip Capacitor - 2 Contacts.PcbLib U1（AT1201） SO-G5/Z3.6SOT 23 - 5 and 6 Leads.PcbLibU2（IC1114）F-QFP7X7-G48/X.3

3、NFQFP (0.5mm Pitch, Square) - Corner Index.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TSSO12X20-G48/P.5TSOP (0.5mm Pitch) .PcbLibUSB接口J1USB自制封裝庫UPAN.PcbLib寫保護開關SW1ZZSW1. 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

4、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，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，此時點擊工作區右下方的【Inspect】按鈕，彈出如圖所示的Inspect面板，將【

5、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 根據設計的要求和U盤外殼的限制，確定電路的長、高尺寸。經過分析，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 利用向導制作U盤PCB板 單擊【File】標簽，將出現文件操作欄，選擇【PCB Board Wizards 】，將出現如圖所示的PCB板向導歡迎界面。 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 自動完成單位轉換適當減

6、小禁止布線框離電路板邊框的距離 信號層、內電源層選擇對話框 過孔類型選擇對話框 元件類型選擇對話框 導線、過孔、安全間距設置對話框 PCB板向導完成對話框 PCB板向導完成的電路板 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 設置內電層的網絡屬性 1. 如圖所示，執行【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 修改內電層1的網絡屬性 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 na

7、me】下拉列表框中選“VCC”，將該層作為電源VCC內電層。 設置好網絡屬性的內電層 11.4 多層板元件布局調整 元件載入PCB板后，就可以根據元件的布局規律進行布局，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，必須仔細規劃好元件的布局方案，U盤布局是否合理是整個項目的關鍵，它關系到U盤電路板布線是否成功以及整個電路的穩定性，因為本項目采用四層板，布線已經不是我們關注的首要問題。 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計難度和成本，另

8、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。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 設置布局參數 1. 1. 修改圖紙參數修改圖紙參數 執行菜單命令【Design】/【Options】，將彈出如圖所示的PCB圖紙選項，將光

9、標移動柵格【Snap 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 2. 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，。執行菜單命令【Design】/【Rules】，彈出PCB板規則對話框，雙擊【Placement】選項，再雙擊【Component Clearance】選項后，選中【Component Clearance】選項，如圖所示，在右邊的規則欄中將【Gap】欄修改為3mil。 修改元件安

10、全間距 11.4.3 具體布局 根據布局原則，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SW1，它必須與外殼的寫保護開關孔對準，并且開關的撥動手柄必須向外。另一個為發光二極管LED1，它必須與外殼的小孔對準。 （1）確定寫保護開關SW1的位置，測量外殼寫保護開關孔的尺寸，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

11、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。(3)此時點擊工作區右下方的【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 依據下圖所示的電源原理圖，確定電源部分的布局關系如下頁圖所示。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

12、C25也一并放置到圖紙中。 Vi n1GND2Cont3NDIS4Vout5AT1201U110uFC120. 1uFC134. 7uFC140. 01uFC15VUSBVCC4. 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）放置底層關鍵元件U2先在頂層放置好元件U2 將元件U2翻轉到底層焊錫面 放置底層其它元件 11.5.1 內電層分割 多層板與雙面板不同的地方在于多了內電層，內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)接到內電層，極大地減少了頂層和底層的布線密度，有利于其它網

13、絡的布線。但有時一個系統中可能存在多個電源和地，如常見的+5V、+12V、-12V、-5V等電源，而接地網絡也有電源地，信號地，模擬地、數字地之分，如果再采用一個電源或接地網絡對應一個內電層的方法，勢必導致內電層的數目太多，電路板的制作成本成倍增加。此時可以采取內電層分割的辦法，將一個內電層分割為幾個部分，將某個電源或接地網絡引腳比較密集的區域劃分給該網絡，而將另一個區域劃分給其它電源或接地網絡。 1. 將當前層轉換為內電層1【Internal Plane 1】。 2. 隱藏其它無關層。由前面的布局可知，與VUSB網絡連接的元件全部位于頂層，為了更好的進行區域劃分，可以將底層信號層和底層絲印層

14、全部關閉，使底層元件暫時不顯示，并將圖紙放大并顯示與VUSB網絡連接的焊盤區域。 3. 分割內電層。 選擇畫直線工具，沿著包含VUSB焊盤的區域畫出一個封閉區域，如圖所示。 4. 修改分割后的內電層網絡屬性。雙擊封閉區域中被分割出來的內電層，彈出如圖所示的內電層屬性對話框，將其連接到【VUSB】網絡。 11.5.2 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，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電層GND相連。如圖所示。11.6 多層板自動布線 11.6.1

15、設置多層板布線參數設置多層板布線參數執行【Design】/【Rules】菜單命令，設置各項參數。其中最關鍵的參數有安全間距【Clearance】，布線層面【Routing Layers】和導線寬度【Width Constraint】，其它參數采用默認值即可。 1. 設置安全間距 安全間距指不同網絡的導線與焊盤之間的最小距離，它的設置可以避免導線之間以及導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線的布通率。在U盤中，供電電壓很低，我們主要關心的是保證導線的布通率，所以將安全間距設置為4mil，如圖所示。 設置安全間距 設置雙面板的布線層 導線規則設置 3. 設置過孔

16、尺寸 4.設置SMT焊盤拐角距離 11.6.2 多層板自動布線 執行菜單命令【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對話框，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盤自動布線結果 元件引腳與內電層的連接方式 直插式元件引腳直接與內電層相連 貼片元件引腳通過過孔與內電層相連11.7 手工修改多層板導線和覆銅U盤PCB板中自動布線完成后，有的導線彎曲過多，繞行過遠，必須進行修改，修改一般采取先修改繞行彎曲現象比較明顯的長導線，然后再微調其它局

17、部需要調整的短導線。 1. 頂層導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，使工作區主要顯示頂層導線，如圖 所示，可以明顯的看到有一處導線繞行過遠。 該導線繞行過遠2. 分析底層導線 將頂層信號層和絲印層，以及底層絲印層隱藏起來，使工作區主要顯示底層導線，如圖11.65所示，也可以明顯的看到有一處導線繞行過遠。 該導線繞行過遠11.7.2 修改底層導線 由于導線修改時必須綜合考慮到二個信號層導線的走線情況，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. 撤銷原導線 先執行菜單命令【Tools】/【Un-Route】/【Connection】，

18、出現十字光標，對準要撤銷的導線，點擊鼠標左鍵即可撤銷原導線，如圖所示。 撤銷導線后留下的飛線 2. 規劃新導線的路徑，并對其它導線作必要的修改 先修改底層要修改的導線，該導線之所以繞行過遠，是因為底層中有導線擋住了其連通的路徑，必須將其調整，如圖所示。 需調整的過孔需調整的導線調整過孔的位置 調整好位置的過孔 調整導線的位置 調整好位置的導線3. 繪制新導線，并添加必要的過孔 繪制底層導線添加的過孔繪制頂層導線 繪制頂層導線修改頂層導線 新繪制的導線修改過的導線修改過的二條導線11.7.4 連接未布通的導線，并微調其它短導線需要微調的導線未連接到內電層的焊盤 1. 將貼片元件引腳連接到內電層 (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