FM收音机印制电路板的设计

FM 收音机印制电路板的设计收音机印制电路板的设计 一 一 FM 收音机印制电路板的设计 收音机印制电路板的设计 必需的预备知识 1 印制电路板的定义 制作方法 P197 中 2 Protel99 SE PCB 的启动及界面认识 P199 202 3 Protel99 SE PCB 基本操作 P202 222 4 布线及布线规则 P266 267 5 PCBLib 编辑器的启动及界面认识 P316 319 元器件封装的创建 所谓元件封装图形封装图形 就是元件外轮廓形状及引脚尺寸 它由元件引脚 焊盘大小 相对位置及安装时在元件面投影投影的外轮廓形状 尺寸等部分组成 反映元件安装时的真实情况 所占板面位置的形状及大小 焊盘大小及位置 但是 在 Advpcb ddb 和 Miscellaneous ddb 两个设计文件包内 都找不 到除三极管 Q1 Q2 和集成电路 CD9088CB 以外的封装图形 P208 209 所以 我们首先要创建自己的元件封装图形库 才能进行印制板的进一步设计 1 在 Documents 文件夹里面创建一个自己的元件封装图形库文件 PCB Library Document MYPCBLIB LIB 并打开 P316 2 我们先来创建耳机插座的封装 a 按元件列表窗下的 Rename 进行元件重命名 耳机插座 b 按主工具栏中的键 设定捕捉栅格宽度为 10mil 1000mil 1 英寸 2 54cm c 单击 Tools Library 命令 选 Layers 标签 如图 9 勾选 OK 图 9 d 适当放大绘图区 单击 Edit Set Reference Location 命令 移 动光标 设定坐标原点 或单击 Edit Jump Reference 命令 跳转至坐标原点 e 利用绘图工具条 先放置焊盘 直径 100mil 在焊盘定位之前 按键盘 Tab 键 进入焊盘属性对话框 把 X Size 和 Y Size 分别改成 100mil 再切换到 TopOverlLayer 层 放置元 件的外轮廓线 最后切换到 KeepOutLayer 层 放置固定圆孔 半径 20mil 放置圆圈时 其操作顺序是先确定圆心位置 然 后是半径长度 再就是起点和终点 如图 10 其中尺寸都是其中尺寸都是 按实际元件的尺寸测量出来的按实际元件的尺寸测量出来的 请大家精细绘制 每小格 20mil 注意原点所在的位置 线宽可取 5 10mil f 耳机插座封装绘制完毕 存盘 3 接着绘制开关电位器封装 a 单击 Tools New Component 命令 出现一个元件创建向导 点 击其 Cancel 按钮 放弃使用向导 b 元件重命名为 开关电位器 继续完成绘制 焊盘直径 100mil 如图 11 注意 大小圆圈都要放置在 KeepOutLayer 层上 因为开关电位器 安装时要打一个大圆孔 其上禁止布线 其中小圆圈是为 打大孔时定位用的 圆心都在原点 图 10 4 绘制按键开关封装 如 3 中的方法 继续绘制按键开关 元件重命名为 按键开关 焊盘直径为 70mil 如图 12 注意 中心圆圈代表按钮 外框内的两横线代表按键开关内部引脚 1 和 4 短路 2 和 3 短路 都在 TopOverLayer 层上 5 绘制变容二极管封装如图 13 元件重命名为 变容二极管 焊盘直径 70mil 注意 带 号一端焊盘必须编号为 1 因为真实变容二极管 这端为正极 而原理图中变容二极管电气图形符号 BB910 的正 极编号为 1 在根据各引脚功能不同的真实元件而绘制出来的元在根据各引脚功能不同的真实元件而绘制出来的元 件封装图形中 各焊盘就被分别赋予了与其位置对应的真实元件引件封装图形中 各焊盘就被分别赋予了与其位置对应的真实元件引 脚所具有的功能脚所具有的功能 如正极 负极 E 极 B 极等 而原理图中相 而原理图中相 应元件的电气图形符号在其被绘制时各引脚已经分别赋予了不同的应元件的电气图形符号在其被绘制时各引脚已经分别赋予了不同的 功能 那么 具有相同功能的元件封装图形中的焊盘与电气图形符功能 那么 具有相同功能的元件封装图形中的焊盘与电气图形符 号中的引脚 它们的编号必须相同号中的引脚 它们的编号必须相同 否则在电路板的绘制过程中会 带来违反原理图的连接错误 图 11 图 12 图 13 图 14 6 绘制卧式电解电容封装 如图 14 重命名为 卧式电解电容器 焊盘直径 70mil 注意 该封装正极编号为 1 7 绘制立式电阻封装 如图 15 命名为 立式电阻 带圈焊盘 表示元件安装时该端要贴板安装 8 绘制瓷片电容 图 16 线圈 图 17 和灯 图 18 的封装 分别命名为 瓷片电容 线圈 和 灯 焊盘直径 70mil 注意 灯封装的方框是放置在 KeepOutLayer 层上 图 15 图 16 图 17 图 18 至此 我们把要用到的元件封装都创建好了 下面 我们开始印制电路板的设 计 印制电路板的设计 1 在原理图 Sch 中给各元件指定采用的封装 a 双击元件 进入元件属性对话框 在 Footprint 框内填上所需的 封装名字 参考图 19 图 19 b 对于同类元件 如瓷片电容 CAP 可采用统一填写的方法 又快又好 P114 116 c 填写完以后 生成一个材料清单 如图 19 检查有无漏填 错 填或其它项目有错 2 在 Documents 目录下 建立一个 PCB 设计文件 收音机 PCB 并作适当设置 a 创建 收音机 PCB 并打开 P200 202 b 设置工作层 执行 Design Options 命令 选 Layers 标签 如图 20 设置 P202 205 图 20 c 设置元件移动步距 画线移动步距 电气栅格大小 执行 Design Options 命令 选 Options 标签 如图 21 设置 图 21 d 元件封装库的装入 如图 22 P208 209 C Program Files Design Explorer 99 SE Library PCB Generic Footprints 图 22 e 执行 Design Rules 命令 设置布线规则 P268 274 Clearance Constraint 安全间距 20mil Routing Corners 拐角模式 45Degrees Routing Layers 布线层及走线方向 关闭 Top Layer 选 Not Used 全开 Bottom Layer 选 Any Width Constraint 布线宽度 20mil f 设置元件旋转步角度为 10 及其它设定 执行 Tools Preferences 选 Options 标签 如图 23 设置 P206 208 3 在编辑区内画一个电路板的边框 P239 241 a 切换到 KeepOutLayer 层 适当放大绘图区 设定坐标原点 光标所在位置的坐标显示在窗口左下角 图 23 b 单击 导线 工具 通过不断重复 单击 移动 操作方式 画出一个封闭的多边形框 导线的线宽 10mil 起点是原点 其它点坐标如下 单位是 mil 0 0 170 0 170 60 400 60 400 0 1050 0 1000 300 800 950 600 1200 350 1350 350 1350 600 1200 800 950 1000 300 1050 0 400 0 400 60 170 60 170 0 0 0 c 画出电路板的边框如图 24 图 24 4 通过 更新 方式实现原理图文件与印制板文件之间的信息交换 P234 239 a 在原理图编辑状态下 执行 Design Update PCB 命令 b 在 Update Design 对话框中 把 Classes 栏两个勾选取消 c 一定要先预览更新情况 单击 Preview Change 按钮 观察是 否有错误提示 如果有 必须认真分析错误提示信息 找出错 误原因 并单击 Cancel 按钮 放弃更新 返回原理图编辑 状态 改正后再执行更新操作 直到没有错误提示信息为止 常见出错信息 原因以及处理方式见 P236 d 执行更新 单击 Execute 按钮 e 切换回收音机 PCB 文件 单击即可观察到被装进去的元件 封装 5 将印制板布线区外的元件移到区内 a 执行 Tools Auto Place 命令 作如图 25 选择 按 OK 图 25 b 把未能移到区内的元件 手动移到区边 6 元件位置调整 a 双击任一元件 在元件属性对话框中 单击统一修改按钮 Global 先暂时隐藏元件的元件值字符串 选 Comment 标 签 勾选两个 Hide 框 同时修改其大小 Height 框填 30mil Width 框填 5mil 并勾选右边 Height 框和 Width 框 再修改元件编号字符串大小 选 Designator 标签 Height 框填 30mil Width 框填 5mil 并勾选右边 Height 框和 Width 框 按 OK b 在右边浏览窗选 Components 为浏览对象 c 因为涉及安装时与外壳匹配 某些元件需要精确定位 在右边 元件列表窗双击某一元件 进入元件属性对话框 对某些元件 进行精确定位 修改属性参数 并勾选 Locked 框以锁定元 件位置 以下为一些元件位置的精确坐标 螺丝孔圆属性 d 利用旋转 移动操作对其余元件进行恰当定位 尽量减少交叉 飞线的数目和长度 这是一个需要细致和耐心并且非常重要的 操作过程 参照图 26 其中有几个元件的焊盘位置已经过微调 见 e 当然 提倡同学们发挥自己的聪明才智 把元件定位 得更好 图 26 e 在定位过程中 有些元件变成绿色 那是对元件靠得太近的错 误标志 如果元件没有重叠 CD9088CB 安装在 BottomLayer 层 而其它元件在 TopLayer 层 不算重叠 不影响安装 焊 盘间有足够的安全间距 可不以理会 但如果安全间距不足 则需要调整元件位置或微调焊盘位置 微调元件焊盘位置的方 法 打开元件属性对话框 取消 Lock Prims 框的勾选 即 可单独移动元件焊盘位置 不过 移动时一定要考虑元件因此 安装的可行性 安全性 移动完再勾选上 Lock Prims 框 不能单独移动集成块 耳机插座等引脚较短元件的焊盘 否则 会造成元件无法安装 如图 26 中 已经微调焊盘位置的元件 有 L3 C8 C14 C11 SP1 见 f f 元件 SP1 焊盘位置的调整 如果把焊盘 2 和焊盘 4 对调位置 它们的飞线就不会交叉 因为焊盘 2 和焊盘 4 是可调电阻的两 端 没有极性 对它们调整不会带来安装的问题 可采取以下 办法 先打开 MYPCBLIB LIB 文件 在浏览框选中 开关电 位器 双击焊盘 在焊盘属性对话框中直接把焊盘编号 2 改 成 4 4 改成 2 然后 单击浏览框下的 UpdatePCB 按钮 调 整成功 此法不适用于集成块 直接的焊盘位置移动 会带 来定位不准 安装困难 g 排齐元件 使元件移到网格上 执行 Tools Align Components Move To Grid 命令 在出现的对话框中改为 5mil OK h 元件定位好以后 还需把元件编号字符串通过移动 旋转操作 进行恰当放置 以利辨别 由于元件比较拥挤 可能基本上都 变绿了 我们可以执行 Tools Reset Error Markers 命令 清除错 误标志 使版面更清晰 7 布线前 要先参考布线规律 P266 267 8 元件定位好以后 我们可尝试自动布线 P284 285 a 执行 Auto Route All 命令 在图 27 中 填上 5 单击 Rout All 按钮 在图 28 中 单击 否 启动自动布线进程 图 27 图 28 b 待到布线结束后 执行 Tools Design Rule Check 命令 在出 现的对话框中点击 Run DRC 版面即刷新并标志出违反布 线规则的连线 c 手工修改 参考图参考图 35 由于电路板幅面较小 又是单层板 布线层只有 Bottom Layer 而且有较多指定位置的元件 为了制板的可靠而设定的线宽较宽 细小元件较多等等原因 造成自动布线效果不理想 布通率低 违反布线规则的连线多 走线太密 拐弯多等 如图 29 为了显示清晰 已取消了 Top OverLayer 工作层 参考图 20 不勾选 Top OverLayer 所以 必须进行手工修改 使走线尽可能合理 P286 288 图 29 注意 修改过程中 一些元件或者焊盘位置还可以调整 这些元件主要有 C3 C5 D1 L4 Q1 Q2 对 于 Q1 Q2 焊盘的调整是在保证元件能贴板安装 的情况下 适当拉宽焊盘距离和增大焊盘尺寸 使手工焊接更容易和可靠 i 如上 6 e 的方法 把 Q1 Q2 的焊盘 1 和焊盘 3 分别向两侧拉开刚到外框的边缘 ii 在焊盘属性对话框 把 Y Size 中的 60mil 改成 80mil 对于一些难以在 Bottom Layer 层走线连接或者无法 连接的节点 可采用在元件面用导线连接的方法 i 先在适当位置添加两个焊盘 P219 并在其属 性对话框中指定直径 孔径 再选 Advanced 标签 在 Net 栏中指定其所属网络 与需连接 节点相同 ii 在 Bottom Layer 层 把焊盘和节点连好 iii 在 TopOverLayer 层 用飞线把两个焊盘连上 代表在元件面的导线连接 如 J2 J3 J4 遇到连接不上的焊盘或导线 原因大概有 i 导线的通过会带来安全间距的不足 ii 所属的网络 Net 不同 不可连接 iii 某些元件的个别焊盘 如 S1 S2 S3 或新 添加的焊盘还没有指定所属的网络 Net 某些元件 S1 S3 不用连接的焊盘 可以在它 们的属性框内把直径直接改为 40mil 以增加安全 间距 修改过程中 导线不要太靠近机械钻孔位 以免 钻孔时被损伤 9 同学们如果觉得自动布线后再手工修改操作比较麻烦 也可以在元 件定位好之后 直接手动布线 不过同样要注意手工修改的注意事 项 10 设置泪滴焊盘 以提高焊盘与印制导线连接处的宽度 执行 Tools Teardrops Add 命令 在出现的对话框 图 30 中点选 Add 点 OK 即可添加泪滴焊盘 泪滴化的焊盘如图 31 图 30 图 31 11 添加标识性文字 a 添加你自己的姓名 执行 Place Chinese 命令 先在 Advanced Text System 对话框中如图 32 设定 然后点击其 中的 Select 键 选字体大小为 六号 点确定 再点击 OK 最后 在 Chinese String 对话框中点击 OK 即 出现你姓名的文字 按 Tab 键 在属性对话框中的 Layer 框 内选 Bottom Layer 然后通过旋转 移动操作 在如图 35 的 位置放置 b 添加你的班号 学号 执行 Place String 命令 按 Tab 键 在出现的对话框中参考图 33 设置 通过旋转 移动操作 在如图 35 的位置放置 c 添加电源连接位置标记 3V V 和飞线标号 J2 J3 J4 执行 Place String 命令 参考图 34 设置属性 如图 35 放置 在添加 3V 前 需先添加一个焊盘 并设 定其属性 net 为 3V 如图 35 放置 12 设计规则检查 执行 Tools Design Rule Check 命令 在出 现的对话框中点击 Run DRC 即标志出违反布线规则的连线 检查是否有致命性的错误并加以改正 P295 298 至此 FM 收音机印制板的设计基本完成 图 32 图 33 图 34 图 35 四 四 FM 收音机印制板图的打印输出 收音机印制板图的打印输出 P312 315 1 为了安装元件时的方便 我们利用统一修改的方法 先把设计好 的印制板图中元件的编号隐去 把元件值显示出来 并通过旋转 移动操作 把元件值贴元件放置好 以便打印装配图 如图 36 图 36 2 因为提供的电路板面积 3900mil 1950mil 较小以及热转印机 本身的特点 进行电路板制作的热转印操作前 需要两个同学的两个同学的 设计图拼接设计图拼接在一起 才可打印到热转印纸上 a 在你的 PCB 设计文件中 执行 Edit Select All 命令 你的设计图 被整个选中 再执行 Edit Copy 命令 将十字光标移至图形上 按左键确定 b 在 Documents 里面创建一个新的 PCB 文件 PCB2 4 PCB 打开 执行 Edit Paste 命令 把复制的图形定位到网格上粘贴 计算面积方便 直观 然后解除选中 如图 37 c 再打开另一个合作的同学的文件包 找到他的设计文件打开 同 样利用 Copy 和 Paste 命令 把他的设计图形粘贴到 PCB2 4 PCB 文件中 必须注意 因为电路板面积的限制 一定 要使两个图形颠倒靠在一起 而且占用面积不得超过 4 2 个大 网格 3900mil 1950mil 如图 37 d 为了避免因为图形局部打印效果不佳或热转印时效果不理想需重 新打印而浪费转印纸 必须把定位好的两个图形一起再复制 2 3 套