《电子线路 CAD 项目化教程》-1

1.1项目导入如今，电子产品已融入我们的日常生活，与我们息息相关。那么无论是平常用的手机、计算机，还是带给我们娱乐的电视机、MP5、游戏机以及带给我们生活便利的洗衣机、冰箱、微波炉、烤箱、汽车等，都是怎样制造出来的呢？如图1−1所示为iPhone手机，揭开这些电子产品美丽的外观，里面其实是一块或多块电路板，称为内部电路板，在这些板子上面分布了多个元件，如电阻、电容、电感、集成电路等，还有连接这些元件引脚的连接导线（称为印制线路）。如图1−2所示为iPhone内部电路板。这些板子就是“印制电路板”，简称PCB，即可将零件相互连接并可支撑零件的电子部件。PCB设计在电子产品设计中是一个很重要的过程。一般电子产品的开发流程如图1−3所示，其中的硬件设计流程如图1−4所示，从图中可知PCB设计是硬件开发过程中很重要的环节。本项目的主要内容是为PCB的设计搭建平台。返回1.2项目分析1.2.1PCB认知1.印制电路板印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB（PrintedCircuitBoard），是以一定尺寸的绝缘板为基材，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为印刷电路板。下一页返回1.2项目分析2.印制电路板的组成一般的印制电路板通常由覆铜板、丝印层、焊盘和过孔等组成，如图1−5所示。（1）覆铜板：全称为覆铜箔层压板，是制造印制电路板的主要材料。它是经过粘接、热挤压工艺，将一定厚度的铜箔牢固地附着在绝缘基板上的板材，如图1−6所示。基材是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板。合成树脂作为黏合剂，是基板的主要成分，决定电气性能；增强材料是一种纸质或布质材料，决定基板的耐热性能和机械性能（耐焊性、抗弯曲强度）等。（2）丝印层：铜箔不是裸露在空气中的，在铜箔层上有一层丝印层，用来保护铜箔层。上一页下一页返回1.2项目分析（3）封装：实际元件焊接到电路板时所指示的元件外形和焊盘位置等，如电阻的形状、标称值、元件标号等，为便于安装和维修，通常也印制在丝印层。（4）焊盘：用于在电路板上固定元器件，也是电信号通过铜箔进入元件的电路组成部分。（5）过孔：用于连接各层需要连接的铜箔。3.印制电路板的分类（1）按基材分类。按基材可分为刚性印制板和柔性印制板两大类，如图1−7和图1−8所示，具体分类见表1−1。（2）按导电板层划分。根据铜箔的层数，可分为单面板、双面板和多层板三类，如图1−9所示为单面板和双面板。上一页下一页返回1.2项目分析1.2.2PCB设计1.PCB设计流程PCB设计一般包括绘制原理图、设计PCB版图和PCB制作三大过程，如图1−10所示。具体的设计流程如图1−11所示，包含设计启动、创建原理图元件库、创建PCB元件库、创建原理图文件、绘制原理图、原理图验证、创建PCB文件、导入网络表、PCB布局、PCB布线和PCB验证等过程。2.电路符号在原理图绘制过程中，用电路符号代表元器件。而电路符号只是用来表明元器件引脚间的电气分布关系。同一个元器件，可以有不同形式的电路符号，如图1−12所示为电阻的不同电路符号。上一页下一页返回1.2项目分析3.元件封装PCB图中用到的元器件封装是指实际元器件焊接到电路板时所显示的外形和焊点位置关系，如图1−13为电阻的不同封装。元器件封装的外形和焊盘必须是根据元器件实际尺寸设计的，否则在装配电路板时元器件可能安装不上去。4.电路符号与封装的关系电路符号和封装并不是一一对应关系，电路符号Res2可以采用图1−13所示的任何一个封装，具体由实际元器件决定；封装AXIAL−0.4的电路符号可以是Res1，也可以是Res2。但在一张PCB设计过程中，同一元器件的电路符号和封装有一样必须是统一的，即电路符号的引脚编号和封装的焊盘编号，如图1−14所示。上一页下一页返回1.2项目分析1.2.3PCB开发工具常用的PCB开发工具有Protel、PowerPCB、OrCAD和Cadence等，其中Protel是国内常用的PCB软件。2.AltiumDesigner15的功能和特点AltiumDesigner15着重高速电路板的设计，关注设计生产力和效率的提升，强化软件的核心理念。根据AltiumDesigner官方网站的信息，AltiumDesigner15的新特性包含：（1）提升xSignals性能。AltiumDesigner15提供一系列可应对复杂高速设计的产品性能，节省设计线路长度匹配时的时间。（2）全输出PDF文档选项。AltiumDesigner15中引入了3DPDF输出文档选项，用户可以根据需要输出3DPDF文件。上一页下一页返回1.2项目分析（3）强化软硬结合板功能。新版本加入了可支持软硬结合板设计的“比基尼（Bikini）”覆盖层，用户可以加入支撑板层，轻松实现灵活设计。（4）有利于管理焊盘和过孔。焊盘和过孔能够在焊盘和过孔库中轻松管理，允许用户为焊盘形状和尺寸自定义模板。模板可轻松应用于PCB上特殊的焊盘组，从而大大节省了单独定义焊盘选项的时间。上一页返回1.3项目实施1.3.1AltiumDesigner15的基本使用任务1启动软件启动AltiumDesigner15（后面简称AD15）软件，打开软件主界面。方法：双击桌面快捷图标或执行【开始】→【所有应用】→【AltiumDesigner】命令。软件启动后，主窗口如图1−15所示，主要由标题栏、菜单栏、工具栏、工作窗口和工作面板等构成。任务2管理工作面板AD15中包含各用途的工作面板，常用的有“Files”“Project”“Library”“SCHLibrary”和“PCBLibrary”等。在PCB设计过程中，需要打开、关闭工作面板以及各工作面板间进行切换。下一页返回1.3项目实施Step2切换工作面板。通过单击主窗口左下方的面板标签来实现，例如单击“Files”标签，将打开“Files”面板，如图1−16所示。任务3切换工作面板状态工作面板有三种状态：隐藏、锁定、浮动。主窗口右侧边的工作面板默认为隐藏状态，只以面板标签的形式出现。左边的工作面板就处于锁定状态，如图1−16所示，处于锁定状态时，工作面板右上角显示为，三种状态之间可以进行随意切换。方法：用鼠标拖动面板，将其拉离主窗口侧边时，它就处于浮动状态，如图1−17所示。再将其拉回主窗口左侧或者右侧，又重新变为隐藏状态。单击“Files”面板右上角的，可关闭该工作面板。上一页下一页返回1.3项目实施1.3.2系统环境设置系统的环境设置包括资料备份、自动保存、系统字体、工作面板的显示和环境查看参数等。任务1系统汉化设置进行本地化语言设置，也就是转换为中文版本。方法：Step1执行菜单命令【DXP】→【Preferences】，如图1−18所示，进入软件系统配置设置窗口，如图1−19所示。Step2打开设置选项“General”，选中“Uselocalizedresources”复选框，如图1−20所示。选中后，系统弹出一个提示框，如图1−21所示，单击OK按钮，使设置生效。关闭软件，再次启动软件时，就可以使用汉化的软件。但建议大家使用英文版本。上一页下一页返回1.3项目实施任务2个性启动设置AD15软件在启动时，默认显示前一次关闭软件时显示的文件。若不想打开上一次的文件，可进行个性启动设置。方法：打开设置选项“General”，在右边的“Startup”设置栏内进行相应选择，如图1−22所示。任务3实时保存设置在绘图过程中，为了防止电脑出现意外，所做工作丢失，造成不必要的麻烦，需要设置实时保存功能。方法：执行【DXP】→【Preferences】→【DataManagement】命令，如图1−23所示。上一页下一页返回1.3项目实施任务4工作窗口设置在制图的过程中，软件在宽屏的显示器上，有些页面不能完全显示出来，给操作带来不便，此时可以进行工作窗口设置。方法：执行【DXP】→【Preferences】→【System】→【View】命令，如图1−24所示。1.3.3工程文件管理在AD15中，系统以工程的形式管理文件，如“AD.PrjPcb”；与工程无关的为自由文件“FreeDocuments”。一个工程文件中包含与该工程设计相关的文件，比如原理图文件、PCB文件、原理图库文件、PCB库文件和一些生成或输出文件，如图1−25所示。上一页返回图1−1iPhone手机实物图返回图1−2iPhone手机内部电路板（主板）返回图1−3电子产品开发流程返回图1−4硬件设计流程返回图1−4硬件设计流程（续）返回图1−5电路板的组成返回图1−6覆铜板返回图1−7刚性印制板返回图1−8柔性印制板返回表1−1按基材分类的PCB返回图1−9单面板和双面板返回图1−10PCB设计流程返回图1−11PCB图设计流程返回图1−12电阻实物和不同的电路符号返回图1−13电阻封装返回图1−14电路符号与封装的对应关系返回视频1AD15的基本使用