话筒放大器印制电路板（PPT64页)

,电子产品分析与制作课程教学资源建设,宁波职业技术学院,教学资源建设,应用电子技术专业,任务2-1话筒放大器的自动设计,1、什么是印制板？印制电路板是以一定尺寸的绝缘板为基材，以铜箔为导线，经特定工艺加工，用一层或若干层导电图形（铜箔的连接关系）以及设计好的孔（如元件孔、机械安装孔、金属化过孔等）来实现元器件间的电气连接。2、印制板的作用是什么？在电子产品中，印制电路板是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气连接的提供者。3、印制电路板分为几类？印制电路板按照结构分，分为单面板、双面板、多层板。,一、话筒放大器的自动设计,单面板,双面板,多层板,底层、顶层、中间层,底层丝印层,顶层丝印层,印制板的分类,2、印制版：,一、话筒放大器的自动设计,一、话筒放大器的自动设计,组成印制板的元素,板框：板子尺寸和形状,一、话筒放大器的自动设计,元件：封装（外形、焊盘）,一、话筒放大器的自动设计,连线：即铜线，顶层（红色）、底层（蓝色）,文字标注（字符、图标）,双面板,顶层丝印层：TopOverLay，白色油漆,底层丝印层：BottomOverLay，白色油漆,铜线字：顶层、底层,一、话筒放大器的自动设计,项目二安排,印制线路板设计,一、话筒放大器的自动设计,样机实物照片,对应的PCB板图,任务2-3话筒放大器的自动设计,一、任务目标1能力目标：能正确导入网络表、排除封装导入时的错误；能正确进行设计参数设置，运用自动设计功能进行印制电路板的设计；能利用制板机制作PCB样板。2知识目标：能清楚表述网络表的结构与作用；能说出导入时的错误原因及排除方法，能熟练说出自动设计的过程以及参数设设置要点；能基本表述制板流程。3素质目标：能养成认真做事的习惯；培养团队合作的意识。二、工作任务本工作任务是利用Protel99SE绘图软件的自动设计功能来完成“话筒放大器”的印制电路板设计。通过本任务的具体实施，读者将熟悉自动设计印制板的基本步骤和过程，熟悉PCB环境下的基本操作，并能实施一般的印制板自动设计，为复杂的印制板设计打下基础。,原理图,任务实施流程,步骤1绘制原理图、填写封装,(1)什么是封装呢？,封装就是印制板中元件的符号，它兼有元件外形和元件尺寸的属性，一个元件的封装主要包含焊盘和元件外形，封装不仅要求形似（外形与实物相似），更要求神似。,比如电阻的封装：AXIAL0.3表示电阻的两个管脚（焊盘）距离为300mil二极管：DIODE0.4表示电阻的两个管脚（焊盘）距离为400mil集成块14脚：DIP14代表双列直插14脚,图4-1(b),图4-1(a),步骤1绘制原理图、填写封装,同一个元件，可以有不同的封装比如电阻有axial0.4、axial0.3等,不同的元件，也可以有相同的封装比如78xx系列稳压集成块、中功率三极管、可控硅等元件，其外形和尺寸一样的。比如数字集成块74LS00、74LS02、74LS04等管脚数目都是14，用DIP14的封装。,步骤1绘制原理图、填写封装,方法1：采用批量处理的方法填写封装,打开“话筒放大器.sch”原理图，双击其中一个电阻如R1，并将其封装AXIAL0.4填入，如图4-2（a）所示，点按GLOBAL进入“批量”处理窗口，如图4-2（b）所示。,图4-2(b),属性复制栏,元件参数栏,匹配条件栏,缺点：封装是否填齐需要花费较多时间检查,方法2电子表格统一填写的方法其特点是所有器件的标号、参数、封装在同一张表格中，可以比较，不易遗漏，另外在填写时同类的封装可以采用复制的办法，提高填写数据。下面具体来介绍这一方法：,1）进入原理图编辑状态。,2）执行Edit下的EXPORTTOSPREAD.命令，进入电子表格向导，图4-3。,图4-3,步骤1绘制原理图、填写封装,3）按NEXT，选择PART，如图4-4所示（前面小方框中有“x”代表选中）。,图4-4,4）按NEXT，选择（元件标号）、（元件封装）、（元件型号/参数），如图4-5所示。,图4-5,步骤1绘制原理图、填写封装,5）再按NEXT，我们得到话筒放大器所对应的元件标号、型号/参数以及封装的表格，如图4-6（a）所示，我们将电阻R1的封装填入Axial0.4，如图4-6（b）所示，然后选中Axial0.4，点右键，选择复制（copy），接着粘贴到R2、R3等所有电阻的封装栏，如图4-6（c）所示。同样的办法，将电容、插座等利用复制、粘贴等方法填入表格。,图4-6（a）,步骤1绘制原理图、填写封装,图4-6（b）,图4-6（c）,到此我们已经完成所有封装的填写，而且所有内容一目了然，但这些信息是在表格中。,步骤1绘制原理图、填写封装,图4-7,6）接下去我们将他们导入到原理图中，如图4-7所示，执行File下面的Update命令，就可以将所有信息导入到原理图中。,步骤1绘制原理图、填写封装,话筒放大器元件封装表,步骤2网络表（Netlist）生成,图4-9,图4-8,在本任务中，按照图4-9所示设置，然后点击OK按钮，系统就会自动产生网络表文件。,网络表的作用：是自动设计PCB板时，连接原理图和PCB板，起到桥梁和纽带的作用。,网络表的组成：元件信息、元件之间的电气连接关系。,网络表的产生：执行网络表生成命令：DesignCreatNetlist命令（如图4-8所示），或使用键盘快捷键D-N，执行后出现图4-9所示对话框：图4-9,网络表是一种特殊的文本文件，它也可以理解成特殊的“原理图”。网络表的由两个部分组成。第一部分是元件描述段，以“”和“”将每个元件单独归纳为一项，每项包括元件标号、参数（型号）和封装形式；第二部分为电路的网络连接描述段，以“（”和“）”把电气上相连的元件管脚归纳为一项，并定义一个网络名。我们打开刚产生的网络表文件，并且截取一段加以说明：,步骤2网络表（Netlist）生成,步骤3建立印制板文件,在F盘下面“话筒放大器.ddb”的Documents中建立“话筒放大器.PCB”文件，如图4-10所示。双击此文件，我们进入PCB的编辑环境，如图4-11所示。,图4-10,在PCB设计工作区下方，有一排标签，这是用来切换PCB的不同工作层面（Layer）的。印制电路板设计时，层是十分重要的概念，Protel99SE中提供了多个工作层面，在此介绍几个常用的工作层。,步骤3建立印制板文件,顶层（TopLayer）：对应实际印制板的上面层。设计单面印制板时，用来放置元件封装，对于双面板，还可以布线（即铜膜），默认布线颜色为红色。底层（BottomLayer）：对应印制板的下面层，一般用来布线（即铜膜）。随着贴片元件的使用，也同时用来放置贴片元件。顶层丝印层（TopOverlayer）：在实际印制板中表现为白色的油漆层，元件的外形轮廓、元件标号和元件注释等文字、图形信息一般都在该层上。底层丝印层（BottomOverLayer）：与顶层丝印层一样，主要是底层贴片元件的外形轮廓、元件标号和元件注释等文字、图形信息。禁止布线层（KeepOutLayer）：用于定义放置元件和布线的范围，实际就是板子的边框。多层（MultiLayer）：用于放置电路板上所有的穿透式焊盘和过孔。,在一般的设计中，打开这些层已经够用了，在图4-11状态下，按键盘“L”可以选择这些层是否打开，如图4-12所示，将相应层前面钩上代表这些层打开，否则这些层关闭。,图4-12,步骤3建立印制板文件,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,作为一个产品，印制板的设计要考虑诸多因素，其中之一就是印制板的形状、尺寸，我们假设话筒放大器印制板的尺寸约为85mmx48mm，下面我们来绘制这个边框。,板子的规划有两种方法，一种是利用软件提供的“印制电路板向导”，然后按照系统的提示和引导完成板子的规划，对于像计算机中板、卡具有标准结构的板子设计是非常方便（如果自己来规划显卡等中的金手指是十分困难也容易出错的，向导中已经有了这些“标准件”的模版）。操作如下：,1）打开“话筒放大器.DDB”文件，双击Documents文档，在空白处单击鼠标右键，在出现的菜单中选择New，启动新建文件对话框，如图4-13（a）所示。,图4-13（a）,选择图4-13（a）左上角的标签，进入图4-13（b）所示界面，选择印制板向导图标，并按进入设计向导，如图4-13（c）所示。,图4-13（b）,图4-13（c）,接下去按照系统提示进行板子大小、形状.等的设置工作，按照提示进行相关设置即可。这种方法适合形状规则或者标准结构的电路板设计。,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,在实际工作中大多采用另外一种规划方式，即设计者自己手工规划，在非标准件以及特殊形状的板子设计中大多是这样。,在手工规划以及今后的印制板设计过程中，坐标数据将会是非常有用的，元件的位置、线的长度确定等，最简单的方法就是利用坐标的数据，而所有坐标的数据都是相对于坐标系中原点为参照的。Protel给定的坐标原点称为绝对坐标原点，是在整个屏幕的左下角，如图4-14所示，实际设计时用绝对坐标有诸多不便（图必须放在左下角的区域中），设计人员常常自己设定一个坐标原点，称之为相对坐标原点。,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,设置相对坐标的方法是点击原点坐标工具条，然后在工作区中某位置点一下鼠标左键，这样就设置了新的坐标原点（相对坐标原点。,有了相对坐标我们接下去来绘制板子的边框：,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,1）首先，我们用鼠标左击工作区下面的KeepOutLayer标签，切换到禁止布线层。,2）执行菜单PlaceLine或工具条中的按钮来放置连线。此时光标变成“十”字状，如图4-17所示，按组合键“Ctrl+End”(“Ctrl+Home”光标跳到绝对坐标原点)使光标自动跳到相对坐标原点（可以同时观测左下角的坐标状态数据），如图4-18所示，按鼠标左键，确定线的起点，移动鼠标，拉出一条85mm长的线条。,图4-17,图4-18,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,提示2：如果拉线时对线的长度不能很好把握的话，可以先大致拉一条。然后双击这条线，出现图4-19(a)所示的线属性框，从这里可以看出，这条线起点是（0，0），终点是(111.76，0)，将终点数据修改为（85，0），这样线的长度（根据坐标可知线长为85mm）就绘制完毕，在此大家可以体会坐标数据在这里的作用。,提示1：rotel中表示线条、焊盘等尺寸的单位有两种，一种是英制单位mil，另外一种是公制单位cm，两者之间的关系是1mil=0.0254mm。在操作中单位可以通过按键盘“Q”来切换，也可通过执行菜单ViewToogleUnits在英制（Imperial）和公制（Metric）来选择。,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,用同样的方法，从原点绘制一条长度为48mm的垂直边。如图4-20所示。,图4-20,绘制长方形的另外两条边，得到一个完整的矩形边框。但在操作时，由于操作不熟练或移动过程中操作失误等因素，往往可能会造成矩形的边不能很好地对齐，以下二种方法可以解决这一问题，而且可以提高效率。,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,用拉框的办法将已经绘制的两条边选中（此时线条显示为白色），如图4-21（a）所示，按组合键“Ctrl+C”，然后在其中的一端点用鼠标点一次（确认端点为参考点，非常重要！），按组合键“X+”，撤消选中（线条恢复为紫色）。,按组合键“Ctrl+”进行粘贴，此时出现刚才要复制的两条线，按空格键两次调整方向，并移动位置，如图4-21（b）所示，使其正好能与原来的两条线对接成矩形，如图4-21（c）所示，此时矩形边框就生成。,图4-21（a）,图4-21（b）,另外，先大致绘制任意四条线，然后逐条双击这四条线，将线的起点、终点数据填入，这样可以保证矩形的四条边精确对齐。,步骤4规划印制板边框（板子尺寸）,练习：,步骤5从网络表导入封装、修改错误,规划好PCB外形和尺寸之后，就可以把创建好的网络表文件导入到PCB编辑环境中了，其实质就是将原理图中元件对应的封装和各个元件之间的连接关系装入到PCB设计系统中，用来实现电路板中元件的自动放置、自动布局和自动布线。,系统提供两种网络表的装入方法。一种是直接装入网络表文件，另一种是利用同步器（Synchronizer）。下面分别来介绍：,）直接装入网络表,在PCB编辑器中，执行菜单DesignLoadNets，或使用键盘快捷键D-N来导入网络表，弹出如图4-24所示的对话框。,图4-24,在Netlistfile文本框中输入加载的网络表文件名。也可以单击按钮，弹出如图4-25所示的对话框，查找网络表文件。如选择“话筒放大器.NET”文件后，单击OK按钮，系统开始自动生成网络宏（NetlistMacros），并将有关信息在装入网络表的对话框中列出，如图4-26所示。,图4-25,步骤5从网络表导入封装、修改错误,下面来介绍如何排除典型的错误。,错误一：，后面未显示的英文是“NotFound”。提示信息：代表封装DIP-8没有找到。错误原因：该封装所在库未加载，或者封装名称填写错误。解决方法：若是前者的话要加载封装库，如图4-27所示。若是后者，则重新核实封装名称，本例中是填写错误，正确的应该是DIP8（所有插针式集成电路的封装软件会自动填写，但全部是错误的，中间多了“-”，去掉后即可）。,步骤5从网络表导入封装、修改错误,错误二：提示信息：代表节点没找到，所谓节点这里指焊盘。错误原因：封装已找到，但封装中焊盘编号与原理图中元件引脚号没有对应，如：原理图中的二极管其管脚编号为1，2，在印制板中其封装DIODE0.4的焊盘编号却是A，K，如图4-28所示，这样两者不能对应。提示：原理图中一般不显示元件的管脚号，若要显示，只要双击某元件，在元件属性窗HiddenPin后面打钩就可，见任务1-1中图1-27（a）所示。解决方法：将封装中焊盘编号A，K分别改为1，2就可，当然修改原理图中元件引脚号也可以，但要进入元件符号编辑环境修改，一般我们建议修改封装。修改时注意管脚的对应关系，因为二极管有极性的元件，A对应1，K对应2。具体如下图：,图4-28,步骤5从网络表导入封装、修改错误,错误三：，后面未显示的英文是“Found”提示信息：元件没找到。错误原因：没有给元件定义正确的封装或没有给元件定义封装。解决方法：在原理图中重新编辑元件，给元件定义一个正确的封装。,除了上述显性错误外，我们在设计中另一个最容易因封装出错的是三极管，可控硅等，尽管原理图中元件管脚名称与封装管脚名称一样，电脑也不会提示错误，但实际上，系统库中可选的封装排列与实际三极管的管脚排列不一样，设计后会造成三极管安装时管脚错位的问题，这是初学者比较难以处理的问题，原因是电脑只是检查管脚的名称而不检查实际管脚的排列。,步骤5从网络表导入封装、修改错误,）利用同步器装入网络表文件,切换到在原理图环境下，执行菜单命令DesignUpdataPCB，图4-31所示。按照默认设置，单击可以查看错误信息，如图4-32所示，与上述图4-26类似，修改完错误后按EXCUTE按钮进入布局，效果与方法一类似。,图4-31,图4-32,提示：在PCB编辑器中，对电路板图进行了修改，然后执行菜单命令DesignUpdateSchematic，再打开对应的原理图文件，会发现与该电路板图对应的原理图已经进行了更新。,步骤5从网络表导入封装、修改错误,步骤6元件布局,在步骤5中，当列表框状态Status中宏错误为0时，代表所有元件封装都已经找到，按EXCUTE进入下一步，我们看到所有元件的封装已经被加载到工作窗口，如图4-33。只是元件封装都叠在一起。,图4-33,元件的布局工作非常重要，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，同时要考虑整体装配工艺的要求，比如插座的位置，会影响整机装配连线是否方便等；也要考虑便于调试与维护，如电位器的方向与位置等等；另外要兼顾布线是否方便，尤其在单面板，尽量要确保高的布线导通率，以减少额外放置跳线（短路线）；最后还要考虑布局的美观。,布局可以利用软件提供的自动布局功能，也可以采用手工布局，在实际设计中，自动布局的往往不能满足我们实际产品的需要。,1）自动布局执行菜单命令ToolsAutoPlacementAutoPlacer。,图4-36,步骤6元件布局,2）手动布局鉴于上述，作为产品，布局会涉及安装等结构性问题，软件系统不可能“知晓”实际产品的这些要求，所以自动布局很少可以成为最终的结果，在实际设计中我们往往采用以下的做法。,首先我们将元件展开（也叫推挤），即将图4-33所示的元件展开，以便进行布局。具体操作如下：,设置推挤深度（SetShoveDepth）：执行菜单ToolsAutoPlacementSetShoveDepth。如图4-37（a）所示，在弹出来的对话框中输入推挤深度，一般设置35可以了，如图4-37（b）所示。,图4-37（a）,图4-37（b）,步骤6元件布局,推挤元件封装（Shove）：执行菜单ToolsAutoPlacementShove，此时光标处于待命状态，把光标移到元件封装上，单击任何一个元件封装，在弹出的选项中任选一项（如图4-37(c)所示），经过若干次重复操作我们，就可把元件封装推挤开来，如图4-38所示。,图4-37(c),图4-38,手工调整：上述只是将元件展开，而没有真正布局，接下去需要人工来“搬移”、“摆放”元件，进行整体布局。,步骤6元件布局,调整元件方向：用鼠标点住某个元件，按键盘空格键，元件逆时针按某一角度度旋转，系统默认是90度，如需要更改旋转角度，可执行ToolsPreferences，如图4-39所示，这在某些特殊场合非常需要，个别元件的角度可以双击此元件，打开元件属性框进行单独设置摆放角度，如图4-40所示。,步骤6元件布局,提示：尽管“X”和“”键可以使元件做水平和垂直镜像翻转，但在印制板设计中，建议大家不要轻易使用，否则会使元件无法安装，这一点初学者务请注意。比如三极管的封装如图4-42（a），经过“”水平镜像操作后，其元件变为图4-42（b），对比图（a）、（b）以及实物发现，经过“”水平镜像操作后其实将封装改变了。一般地说，除了两个脚的元件不会受影响，三个脚以上的元件都会有这种情况出现，集成电路更是如此。,提示：在布局摆放元件时，有些元件会显示绿色，是因为元件之间距离太近，这是系统智能判断给出的提示，请确认实际元件是否可以安装，如可以安装，可以不去理会这些提示，如果想关闭这一提示（即把绿色去掉），在图4-12中把前的钩去掉即可。,步骤6元件布局,以下给出经过手工“摆放”后的布局图，如图4-43所示。,图4-43,其中的淡绿色细线俗称“飞线”，又称“预拉线”，显示了元件之间的连接关系，为以后手工布线引路，飞线只是在逻辑上表示各元件焊盘间的电气连接关系，并不具有真正意义上的电气属性。,步骤6元件布局,步骤7焊盘设定,焊盘是插件类元件固定和实现电气连接的部位，是影响产品质量和性能的重要因素。焊盘即要让元件焊接后牢固，具有一定的机械强度，又要具有良好的电气连接，在我们设计中发现，目前Protel99系统所给的元件封装的焊盘都偏小，因此设计时要根据元件的尺寸和设计要求进行重新设置，这是初学者不太注意、也常常会忽视的地方，焊盘太小，给产品埋下了质量隐患。,焊盘的大小跟元件重量、板子中元件的密度等有关，一般地说，焊盘大小为焊盘孔径的2倍以上为宜，以下焊盘参数设置可供参考,根据设计经验，小功率电阻、瓷片电容、470u以下的电解电容、1N4148开关二极管、/2w以下稳压管等元件焊盘可以设置成1.8mmx1.8mm；1N400X整流二极管、1000u左右以上电解可以设置成2mmx2mm的焊盘；单排插座（封装SIP2-SIP20）、双列直插集成电路（封装DIP4-64）设置成1.8mmx2.0mm的椭圆型焊盘比较合适。,焊盘的设置方法如下：,双击某个焊盘，如图4-43所示中的R1的焊盘，出现图4-44(a)所示，在处填入数据1.8mm，在处填入数据1.8mm。如图4-44(b),按键，可以将其中一个焊盘修改成1.8mmx1.8mm。,步骤7焊盘设定,步骤7焊盘设定,步骤8布线参数设置,布线参数设置主要包括安全布线距离设置、布线拐角模式设置、板层设置、铜膜线宽设置，其他设置大家可以参阅相关资料获得帮助。首先执行DesignRules.，出现图4-46所示窗口，具体设置如下：,图4-46,设置走线间距约束（CleareanceConstraint）在图4-46左上角窗口中选择CleareanceConstraint项，该项用于设置直线与其它对象之间的最小距离，也即布线的安全距离。,系统默认的是10mil，对于单面板或者元件密度不是很高的板子，以及对安全距离要求高的可以设置成30mil，本任务设置成0.4mm。,步骤8布线参数设置,布线拐角模式（RoutingCorners）在图4-46左上角窗口中选择RoutingCornerst项，该选项用来设置直线拐弯的模式。双击RoutingCorners选项，系统会弹出如图4-48所示的对话框。其中，规则属性（RuleAttributes）用于设定拐角模式。拐角模式有45，90和圆弧等，本任务采用系统的默认值45。,图4-48,设置布线工作层（RoutingLayers）印制板包括单面板、双面板和多层板，一般地主要是单面板和双面板的设计为主。执行DesignLayerStackManager，出现图4-49板层情况，系统已经有的就是opLayer（顶层）和BottomLayer（底层），如果需要增加中间层，可以进行添加层。,图4-49,在图4-46左上角窗口中选择RoutingCornerst项，系统会弹出如图4-50所示的对话框。该对话框中TopLayer代表顶层，数字MidLayer1-14代表中间层，BottomLayer代表底层，各项一般均可设置为水平布线方式（Horizontal）、垂直布线方式（Vertical）或不布线（NotUsed）等等。对于本任务，因为设计单面板，所以将TopLayer设置成NotUsed（不布线），BottomLayer可以设置Vertical（垂直布线）或者Horizontal（水平布线）都可以，对于单面板布线方式实际上不受这个条件约束。,图4-50,步骤8布线参数设置,布线宽度（WidthConstraint）印制板中铜膜线宽与电流大小有关，电源线的电流大，铜膜应该粗些，信号线的电流小，铜膜细。这些设置工作在自动布线前都应该设定好。具体操作如下：在图4-46左上角窗口中选择WidthConstraint项（可以移动滑块至底部找到此项），如图4-51所示。,图4-51,此图中可以看出，系统默认的线宽是10mil，我们双击中间线宽项或按属性按钮，出现线宽属性对话框，如图4-52所示。图4-52,图4-52,步骤8布线参数设置,对于电源和地线，要设置成相对比较粗，一般地1mm宽的线可以通过2A的电流，密度不高的单面板可以适当增加宽度。,在图4-51中，单击ADD，出现图4-52所示窗口，在FILTERKIND的下拉框中选择NET，出现图4-53所示，在NET下选择Vcc，如图4-54所示，将最小线宽设置成1mm，最大线宽设置成1.5mm，参考线宽为1.2mm。,图4-53,图4-54,步骤8布线参数设置,同样的方法，我们将Vcc1、