U盘CB板设计方案

《电子CAD－ProtelDXP电路设计》

任富民编著中等职业学校教学用书（电子技术专业）电子教案第11章U盘PCB板设计本章学习目标本章以制作U盘PCB板为例，介绍SMT多层板的制作技巧和编辑修改方法，以达到以下学习目标：理解多层板的含义，掌握多层板的创建方法。理解内电层的含义，内电层的属性设置和分割方法掌握常用SMT元件的引脚封装。掌握SMT元件引脚封装的制作方法。掌握手工修改导线的常用方法。11.1确定和添加元件封装

因为U盘体积非常小巧，电路板面积很小，所以电路板中的元件绝大部分采用SMD元件，以节省电路板面积。根据前面章节的介绍，并结合元件的实际外形和管脚排列情况，而且部分元件还参考了元件供应商提供的技术和封装参数，确定合适的元件封装如表所示。数码抢答器元件封装表

元件类型元件封装封装库电阻RC1005-0402MiscellaneousDevices.IntLib无极性电容CC1005-0402发光二极管DSO-F2/D6.1有极性电容CC1608-0603ChipCapacitor-2Contacts.PcbLibU1（AT1201）SO-G5/Z3.6SOT23-5and6Leads.PcbLibU2（IC1114）F-QFP7X7-G48/X.3NFQFP(0.5mmPitch,Square)-CornerIndex.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TSSO12X20-G48/P.5TSOP(0.5mmPitch).PcbLibUSB接口J1USB自制封装库UPAN.PcbLib写保护开关SW1ZZSW晶体振荡器Y1XTAL21.确定AT1201的封装

2.确定IC1114的封装

3.确定存储器K9F0BDUDB的封装

存储器U3的封装TSSO12X20-G48/P.511.1.2自制元件封装

USB接口J1的外形和引脚封装

写保护开关SW1的外形和引脚封装

晶体振荡器Y1的外形和和封装11.1.3添加元件件引脚封装U盘所需的封封装库2.利用全全局修改为各各类元件添加加封装由于U盘元件件很多，而且且大部分元件件的封装都采采用贴片封装装形式，而不不是采用原原原理图元件中中的默认封装装，所以如果果采用逐个修修改的方法，，工作量将会会很大，可以以采取全局修修改的方法。。下面以全局局修改电阻的的封装为例。。全局修改电阻阻的封装（1）将光标标移到U盘原原理图中的任任意一个电阻阻上，单击鼠鼠标右键，在在弹出的对话话框中选菜单单，，弹弹出如图所示示的查找相似似对象对话框框，在【Resistor】项后选选择【Same】，表示示将选中图纸纸中所有的电电阻。查找所有电阻阻修改电阻封装装可以看到图纸纸中所有电阻阻均处于选中中状态，此时时点击工作区区右下方的【【Inspect】按钮钮，弹出如图图所示的Inspect面板，将【【CurrentFootprint】栏修修改为“C1005－0402”，，按回车键确确认输入。11.2新新建PCB文文件并绘制电电路板边框根据设计的要要求和U盘外外壳的限制，，确定电路的的长、高尺寸寸。经过分析析，确定本电电路板长、高高参考尺寸为为：45×15mm，并并且受外壳固固定柱的限制制，中间有一一个半径为1mm的半圆圆形的缺口，，便于该电路路板固定于U盘外壳中，，如图所示。。11.2.1利用向导导制作U盘PCB板单击【File】】标签，将出现现文件操作栏栏，选择【PCBBoardWizards…】】，将出现如图图所示的PCB板向导欢欢迎界面。尺寸单位选择择对话框PCB板类型型选择对话框框PCB板用户户自定义对话话框自动完成单位位转换适当减小禁止止布线框离电电路板边框的的距离信号层、内电电源层选择对对话框过孔类型选择择对话框元件类型选择择对话框导线、过孔、、安全间距设设置对话框PCB板向导导完成对话框框PCB板向导导完成的电路路板修改尺寸标注注显示单位修改后的尺寸寸标注11.2.2手工修改改PCB板轮轮廓11.3.1载入元件件引脚封装11.3.2设置内电电层的网络属属性1.如图所所示，执行【Design】/【LayerStackManager…】】，弹出如下页页图所示的层层堆栈管理器器对话框。层堆栈管理器器对话框修改内电层1的网络属性性双击层堆栈管管理器对话框框中的【InternalPlane1】层，弹出如图图所示的层属属性对话框，，在【Netname】下拉列表框中中选“VCC”，将该层层作为电源VCC内电层层。设置好网络属属性的内电层层11.4多多层板元件布布局调整元件载入PCB板后，就就可以根据元元件的布局规规律进行布局局，由于U盘盘电路板面积积小元件多，，元件密度很很高，所以在在布局前，必必须仔细规划划好元件的布布局方案，U盘布局是否否合理是整个个项目的关键键，它关系到到U盘电路板板布线是否成成功以及整个个电路的稳定定性，因为本本项目采用四四层板，布线线已经不是我我们关注的首首要问题。11.4.1确定布局局方案在高密度电路路板中，是否否需要双面放放置元件是设设计者首先要要考虑的问题题。一般情况况下，如果在在顶层能够完完成元件的布布局，尽量不不要将元件放放置在底层，，因为一方面面会提高电路路板的设计难难度和成本，，另一方面也也会增加元件件装配的工序序和难度。但但对于U盘电电路板而言，，如果直接将将元件放置在在顶层，由于于电路板太小小，部分元件件连放置的位位置都没有，，所以必须采采取双面放置置元件的办法法。仔细分析析原理图可以以知道，U盘盘主要由以U2（IC1114）为为核心的控制制器电路和以以U3（K9F0BDUDB）组成成。所以可以以考虑将二部部分电路分别别放置在顶层层和底层，具具体将U3（（K9F0BDUDB））为核心的存存储器电路放放置在顶层元元件面，而将将U2（IC1114））为核心的控控制器电路放放置在底层的的焊接面。11.4.2设设置置布局局参数数1.修修改改图纸纸参数数执行菜菜单命命令【Design】/【Options…】】，将弹弹出如如图所所示的的PCB图图纸选选项，，将光光标移移动栅栅格【SnapGrid】】和元件件栅格格【ComponentGrid】均修改改为5mil，，并将将电气气栅格格【ElectricalGrid】】修改为为5mil。修改PCB图纸纸参数数2.修修改改元件件安全全间距距由于电电路板板面积积太小小，元元件的的安全全间距距可以以设置置得更更小一一些，，从而而使元元件可可以排排列得得更紧紧密一一些，，如可可以将将其修修改到到步距距5mil以下下，。。执行菜菜单命命令【Design】/【Rules…】】，弹出出PCB板板规则则对话话框，，双击击【Placement】】选项，，再双双击【ComponentClearance】】选项后后，选选中【ComponentClearance】】选项，，如图图所示示，在在右边边的规规则栏栏中将将【Gap】】栏修改改为3mil。。修改元元件安安全间间距11.4.3具具体体布局局根据布布局原原则，，先确确定相相对于于元件件外壳壳，插插孔位位置等等有定定位元元件的的位置置。本本项目目中有有定位位要求求的元元件有有二个个，一一个是是写保保护开开关SW1，它它必须须与外外壳的的写保保护开开关孔孔对准准，并并且开开关的的拨动动手柄柄必须须向外外。另另一个个为发发光二二极管管LED1，它它必须须与外外壳的的小孔孔对准准。（1））确定定写保保护开开关SW1的位位置，，测量外外壳写写保护护开关关孔的的尺寸寸，确确定SW1的第第2焊焊盘的的定位位尺寸寸如图图所示示。（2））将开开关SW1的第第2焊焊盘放放置到到指定定位置置（3））锁定定SW1的的位置置锁定元元件放置发发光二二极管管LED1的位位置2.修修改改元件件标注注的尺尺寸大大小从图中中可以以看到到，元元件标标注的的尺寸寸太大大，占占了太太多的的面积积，必必须修修改元元件标标注的的尺寸寸大小小。（1））将光光标移移到标标注LED1上上，单单击鼠鼠标右右键，，在弹弹出的的对话话框中中选菜菜单，，弹出出所示示的查查找相相似对对象对对话框框，在在【Designator】项后选选择【Same】，表示示将选选中图图纸中中所有有的元元件编编号。。(3)此时时点击击工作作区右右下方方的【Inspect】】按钮，，弹出出如图图所示示的Inspect面板板，将将【TextHeigh】字符高高度栏栏修改改为原原来的的一半半，即即“30mil”，，将【TextWidth】文字线线条宽宽度修修改为为“5mil””，按按回车车键确确认输输入。。3.确确定定顶层层核心心元件件的位位置4.确确定定电源源模块块的布布局依据下下图所所示的的电源源原理理图，，确定定电源源部分分的布布局关关系如如下页页图所所示。。同时时也将将写保保护电电路的的电阻阻R24放放置在在SW1的的右边边，将将LED1的限限流电电阻R11和电电容C25也一一并放放置到到图纸纸中。。4.确确定定电源源模块块的布布局5.确确定定底层层元件件的布布局显示底底层丝丝印层层（2））放置置底层层关键键元件件U2先在顶顶层放放置好好元件件U2将元件件U2翻转转到底底层焊焊锡面面放置底底层其其它元元件11.5.1内内电电层分分割多层板板与双双面板板不同同的地地方在在于多多了内内电层层，内内电层层一般般用于于接地地和接接电源源，使使PCB板板中大大量的的接地地或接接电源源引脚脚不必必再在在顶层层或底底层走走线，，而可可以直直接（（直插插式元元件））或就就近通通过过过孔(贴片片元件件)接接到内内电层层，极极大地地减少少了顶顶层和和底层层的布布线密密度，，有利利于其其它网网络的的布线线。但有时一个个系统中可可能存在多多个电源和和地，如常常见的+5V、+12V、-12V、、-5V等等电源，而而接地网络络也有电源源地，信号号地，模拟拟地、数字字地之分，，如果再采采用一个电电源或接地地网络对应应一个内电电层的方法法，势必导导致内电层层的数目太太多，电路路板的制作作成本成倍倍增加。此此时可以采采取内电层层分割的办办法，将一一个内电层层分割为几几个部分，，将某个电电源或接地地网络引脚脚比较密集集的区域划划分给该网网络，而将将另一个区区域划分给给其它电源源或接地网网络。1.将当当前层转换换为内电层层1【InternalPlane1】。2.隐藏藏其它无关关层。由前面的布布局可知，，与VUSB网络连连接的元件件全部位于于顶层，为为了更好的的进行区域域划分，可可以将底层层信号层和和底层丝印印层全部关关闭，使底底层元件暂暂时不显示示，并将图图纸放大并并显示与VUSB网网络连接的的焊盘区域域。3.分割割内电层。。选择画直线线工具，沿沿着包含VUSB焊焊盘的区域域画出一个个封闭区域域，如图所所示。4.修改改分割后的的内电层网网络属性。。双击封闭区区域中被分分割出来的的内电层，，弹出如图图所示的内内电层属性性对话框，，将其连接接到【VUSB】网络。11.5.2USB连接插插头J1焊焊盘属性修修改USB连接接插头J1连接固定定支架的0号焊盘，，由于原理理图中没有有引脚与其其对应，一一般希望其其接地，以以提高电路路的抗干扰扰能力，所所以必须将将J1的二二个0号焊焊盘属性修修改为“GND”，，以便自动动布线时自自动与内电电层GND相连。如如图所示。。§11.6多层板板自动布线线11.6.1设置置多层板布布线参数执行【Design】/【Rules】菜单命令，，设置各项项参数。其其中最关键键的参数有有安全间距距【Clearance】，布线层面面【RoutingLayers】和导线宽度度【WidthConstraint】，其它参数数采用默认认值即可。。1.设置置安全间距距安全间距指指不同网络络的导线与与焊盘之间间的最小距距离，它的的设置可以以避免导线线之间以及及导线与焊焊盘之间距距离太小而而短路或大大火，但它它的大小同同时也决定定了走线的的难度和导导线的布通通率。在U盘中，供供电电压很很低，我们们主要关心心的是保证证导线的布布通率，所所以将安全全间距设置置为4mil，如图图所示。设置安全间间距设置双面板板的布线层层导线规则设设置3.设置置过孔尺寸寸4.设置SMT焊盘盘拐角距离离11.6.2多层层板自动布布线执行菜单命命令【AutoRoute】/【All】菜单命令，，将弹出如如图所示的的自动布线线策略选择择对话框对对话框，选选用【ViaMiser】选项，表示示将采用具具有建议性性最小过孔孔限制的多多层板布线线策略进行行布线，点点击【RouteAll】按钮，PCB板编辑辑器开始自自动布线U盘自动布布线结果元件引脚与与内电层的的连接方式式直插式元件件引脚直接接与内电层层相连贴片元件引引脚通过过过孔与内电电层相连11.7手手工修改改多层板导导线和覆铜铜U盘PCB板中自动动布线完成成后，有的的导线弯曲曲过多，绕绕行过远，，必须进行行修改，修修改一般采采取先修改改绕行弯曲曲现象比较较明显的长长导线，然然后再微调调其它局部部需要调整整的短导线线。1.顶层层导线分析析利用前面介介绍的方法法，暂时将将底层信号号层和丝印印层，以及及顶层丝印印层隐藏起起来，使工工作区主要要显示顶层层导线，如如图所示示，可以明明显的看到到有一处导导线绕行过过远。该导线绕行行过远2.分析析底层导线线将顶层信号号层和丝印印层，以及及底层丝印印层隐藏起起来，使工工作区主要要显示底层层导线，如如图11.65所示示，也可以以明显的看看到有一处处导线绕行行过远。该导线绕行行过远11.7.2修改改底层导线线由于导线修修改时必须须综合考虑虑到二个信信号层导线线的走线情情况，所以以将底层和和顶层信号号层均显示示，而将底底层和顶层层丝印层全全隐藏。1.撤销销原导线先执行菜单单命令【Tools】/【【Un-Route】/【Connection】，出现十字字光标，对对准要撤销销的导线，，点击鼠标标左键即可可撤销原导导线，如图图所示。撤销导线后后留下的飞飞线2.规划划新导线的的路径，并并对其它导导线作必要要的修改先修改底层层要修改的的导线，该该导线之所所以绕行过过远，是因因为底层中中有导线挡挡住了其连连通的路径径，必须将将其调整，，如图所示示。需调整的过过孔需调整的导导线调整过孔的的位置调整好位置置的过孔调整导线的的位置调整好位置置的导线3.绘制制新导线，，并添加必必要的过孔孔绘制底底层导导线添加的的过孔孔绘制顶顶层导导线绘制顶顶层导导线修改顶顶层导导线新绘制制的导导线修改过过的导导线修改过过的二二条导导线11.7.4连连接接未布布通的的导线线，并并微调调其它它短导导线需要微微调的的导线线未连接接到内内电层层的焊焊盘1.将将贴贴片元元件引引脚连连接到到内电电层(a)放放置过过孔(1））放置置过孔孔。贴贴片元元件引引脚必必须通通过过过孔才才能连连接到到内电电层，，所以以必须须在引引脚附附近添添加过过孔，，利用用放置置工具具中的的过孔孔工具具，在在合适适位置置放置置一个个过孔孔，如如图所所示。。（2））修改改过孔孔属性性。要使过过孔能能连接接到VCC网络络，并并且使使过孔孔和内内电层层VCC相相连，，必须须修改改过孔孔的属属性，，如下下图所所示，，根据据过孔孔要连连接的的网络络，将将【Net】】修改为为“VCC”，，根据据过孔孔要连连接的的层面面，将将【StartLayer】】开始层层面修修改为为【InternalPlane1】，因为为内电电层InternalPlane1所所接的的正是是“VCC”网网络，，将【EndLayer】】结束层层面修修改为为【BottomLayer】，因为为要连连接的的焊盘盘位于于底层层。修改过过孔属属性可以看看到过过孔已已经通通过飞飞线连连接到到VCC网网络，，如图图所