电子产品设计与制作项目教程-基于嘉立创EDA 课件 项目六 USB转RJ45网口适配器的设计与制作

六项目USB转RJ45网口适配器的设计与制作智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1适配器电路原理图设计与绘制工作任务3适配器外壳设计工作任务2适配器PCB的设计与绘制目录04工作任务4适配器面板设计05工作任务5适配器外壳及面板下单学习内容与学习目标素养目标1.培养多层板设计中的系统思维与细节把控素养​2.形成差分对线布线的严谨性与规范性素养​3.提升外壳设计的创新意识与工程实践素养​4.养成面板设计的用户导向与美学融合素养主要学习和训练内容1.多层板管理2.差分对布线3.外壳设计4.面板设计知识目标1.掌握多层板结构的设计及管理方法2.学会差分对线的布线规则和实施技巧3.理解外壳设计的原则、流程及关键要素4.掌握面板设计的规范、布局及实现方式能力目标1.能独立完成多层板的设计与管理操作​2.可熟练进行差分对线的布线实践​3.具备外壳设计方案的落地执行能力​4.能高效完成符合规范的面板设计工作任务1适配器电路原理图设计与绘制01工作任务1适配器电路原理图设计与绘制任务描述本任务要求深入研究USBType-C接口的配置方法、RJ45以太网接口电路,以及网络控制器的作用与连接方式,并基于RealtekRTL8152BUSB转以太网控制器芯片完成适配器核心电路原理图的设计与绘制。知识链接

1.适配器组成及原理USB转有线以太网网口适配器的核心原理是通过一系列硬件组件的协同工作,将USB接口的串行数据转换为以太网的网络数据,实现设备与有线网络的连接。各组件作用及整体流程如下:(1)Type-C接口:作为与主机(如电脑)连接的物理接口,负责接收主机的供电和USB数据信号传输。

(2)以太网控制器:这是核心转换部件,内置专用芯片和协议栈。

(3)RJ45连接器:作为与有线网络(如网线、交换机)连接的物理接口,负责传输以太网控制器转换后的电信号(差分信号),实现与外部网络的物理层连接。

(4)闪存芯片:通常存储以太网控制器的固件(Firmware),包含设备驱动程序、协议转换逻辑等。所以,本项目中设计的USB转RJ45网口适配器的整体工作流程如下:主机通过Type-C接口发送数据→以太网控制器接收并转换为以太网帧→经RJ45连接器传输到外部网络;

反之,外部网络数据经RJ45进入→以太网控制器转换为USB格式→通过Type-C接口传输给主机,从而实现有线网络连接功能。知识链接2.RTL8152B以太网控制器RTL8152B系列以太网芯片是瑞昱半导体(Realtek)推出的USB转以太网控制器芯片,主要用于为设备提供快速有效的有线网络连接能力。本项目中选用的具体型号为RTL8152B-VB-CG,该芯片支持USB2.0,并具备10M/100Mbps网络通信速度,结合了符合IEEE802.3u标准的媒体访问控制器(MAC)、USB总线控制器和嵌入式内存。

RTL8152B-VB-CG以太网控制器芯片目前已广泛应用于各种计算机设备和嵌入式系统中,例如台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能电视、游戏机和工业控制设备等。工作任务1适配器电路原理图设计与绘制任务实施步骤1:芯片资料获取与关键信息提炼步骤2:设计并绘制适配器电路原理图步骤3:设计检查与整理备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2适配器PCB的设计与绘制02工作任务2适配器PCB的设计与绘制任务描述本任务要求遵循四层板的结构规划和高速差分信号的PCB设计规则,将完成的适配器原理图转化为可投入生产的四层印制电路板(PCB)设计文件。知识链接1.多层板设计的优势PCB多层板(MultilayerPCB)是由三层及以上导电层(铜箔)与绝缘层交替压合而成的电路板,相比单层板、双层板,具有更复杂的结构和更优的性能,广泛应用于高密度、高性能电子设备中。其核心特点如下:(1)高密度布线,节省空间

(2)优化信号完整性

(3)提升电源稳定性

(4)增强机械强度与可靠性

(5)支持复杂功能集成

(6)成本与工艺复杂度较高知识链接2.差分线差分对(DifferentialPair)是电子工程中一种特殊的信号传输方式,由两根平行、等长、等宽且紧密相邻的导线组成,通过“差分信号”实现数据传输。差分线的设计使其在高速、高噪声环境中具有显著优势,主要作用包括:

（1）抗干扰能力强（2）支持高速信号传输（3）降低EMI辐射（4）适应低电压环境（5）共模抑制工作任务2适配器PCB的设计与绘制任务实施步骤1:PCB图层设计步骤2:板框以及元器件布局步骤3:布线步骤4:PCB后期处理备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务3适配器外壳设计03工作任务3适配器外壳设计任务描述本任务要求使用嘉立创EDA的3D外壳设计功能,基于已完成PCB的尺寸和接口位置,为USB转RJ45网口适配器设计一个兼具保护性、实用性、美观性的外壳,设计需包含外壳的上下盖结构、接口开孔、内部固定柱及卡扣连接等。知识链接PCB外壳的作用除了作为电子产品外观设计的一部分,PCB外壳在保护元器件、功能实现和系统集成等方面发挥着重要作用,能保障PCB稳定运行、满足特殊功能需求并提升系统整体性能。物理保护:PCB外壳可抵御外部物理冲击、碰撞和振动,防止PCB上的元件因外力作用而损坏或脱落。电磁屏蔽:随着电子设备的集成度越来越高,电磁干扰(EMI)问题日益突出。PCB外壳通常采用金属材质(如铝合金、不锈钢等),可以形成一个封闭的电磁屏蔽空间,将PCB内部电路产生的电磁辐射限制在外壳内部,防止其干扰其他电子设备。散热:对于一些功率较大、发热明显的PCB,外壳可以帮助散热。机械支撑与固定:PCB外壳为PCB及其上的元件提供了稳定的机械支撑结构,使PCB在安装和使用过程中保持形状和位置的稳定,防止PCB因受力变形而影响电路性能。标识与防护:外壳表面可以进行标识,标注产品信息、接口说明、安全警告等内容,方便用户识别和使用。此外,部分外壳还具备防潮、防腐蚀、防火等特性,进一步增强对PCB的保护,使其适应不同的使用环境和安全要求。知识链接

2.嘉立创EDA外壳设计功能嘉立创EDA专业版支持简单的3D外壳设计,方便用户快速绘制和制造一个简单的外壳。如果在嘉立创EDA设计的简单3D外壳不满足需要,可以导出3D外壳时,选择导出STEP或者OBJ格式,在其他专业3D设计工具进行继续设计。嘉立创EDA提供的外壳开槽与挖槽功能,可有效满足多样化的设计需求。在电子设备外壳设计中,开槽和挖槽常用于安装接口、增强散热、减轻重量等多种应用场景,为产品结构设计与功能实现提供了便利。工作任务3适配器外壳设计任务实施步骤1:3D外壳设计步骤2:放置螺丝柱步骤3:放置挖槽区域备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务4适配器面板设计04工作任务4适配器面板设计任务描述本任务要求在已完成的适配器外壳上,为其正面面板进行丝印设计。设计中需要将标识(Logo)、产品名称、状态指示灯说明等视觉元素,合理、美观地布局在有限的面板空间内。知识链接适配器面板设计面板是电子设备与用户直接交互的界面,通过设计面板,可以确定设备的外观造型、按键布局、显示区域等,从而实现产品的特定功能和用户交互方式。例如,在设计智能手表的面板时,需要考虑屏幕的大小和位置、按键的数量和位置,以及它们之间的布局关系,以确保用户能够方便地操作手表,查看信息。嘉立创EDA面板设计软件支持在图纸上定义开孔透光效果,这对于一些需要指示灯、显示屏窗口或特殊透光区域的设备非常重要,可以准确地控制光线的透出位置和方式,提升产品的外观效果和功能性。知识链接适配器面板设计嘉立创EDA面板设计中的面板类型,通常有以下几种:1.按材料分类（1）薄膜面板（2）亚克力面板2.按功能分类（1）操作面板（2）装饰面板（3）透明面板3.按结构分类（1）单层面板（2）多层面板工作任务4适配器面板设计任务实施步骤1:新建面板步骤2:面板画布设置步骤3:面板图层认识步骤4:绘制面板步骤5:面板2D/3D预览备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务5适配器外壳及面板下单05工作任务5适配器外壳及面板下单任务描述本任务要求基于已完成的外壳3D模型和面板设计文件,在嘉立创平台上进行塑料外壳的3D打印下单和PCB面板的打样下单。知识链接1.外壳工艺嘉立创外壳工艺有3D打印、CNC加工、钣金加工、手动复模、铝合金壳体,它们的区别如下:3D打印:以数字模型文件为基础,运用粉末、线性塑料、液态树脂材料或金属粉末材料,通过逐层打印的方式来构造物体。CNC加工:按照设定的编程,利用高速旋转的刀具将一块板材切割成所需的零件。钣金加工:通过激光下料、折弯、压铆、冲压、焊接等工艺,对金属板材进行加工成型。手板复模:先使用快速成型机或CNC制作原型,再用硅胶制作模具,然后用浇注材料注入硅胶模具,最后产品脱模并进行表面处理。铝合金壳体:通常是通过铸造、压铸、机加工等工艺将铝合金材料制成具有特定形状和结构的外壳。知识链接2.材料选择3D打印:嘉立创3D打印支持光敏树脂、尼龙、金属、工程塑料等多种材料,可应用于汽车、医疗、消费电子等工业领域。CNC加工:可加工铝合金、铜合金、工程塑料、亚克力等多种材料。钣金加工:常见的原材料以铁、铝、不锈钢等金属板材为主。手板复模:浇注材料通常有硅胶、聚氨酯等。铝合金壳体:主要使用铝合金材料,如6063-T5、5052等铝合金。知识链接3.加工特点3D打印:快速成型,设计自由度高,几乎可以打印任何复杂结构,适合原型验证和个性化定制,但打印尺寸可能受限,精度相对CNC加工略低。CNC加工:加工精度高,表面质量好,适合复杂曲面和高精度零件加工,但加工速度相对较慢,成本较高。钣金加工:成型简单、效率高、成本低,适合制作形状较为规则、对精度要求不是极高的外壳,但对于复杂形状的加工可能存在一定限制。手板复模:成本低廉,适合快速复制原型,但复制精度受母模影响,适合外观验证和市场测试,不适合长期大规模生产。铝合金壳体:具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能,同时具有中等强度,在退火后仍能维持较好的操作性。知识链接4.适用场景3D打印:适用于定制化结构件、功能性零部件、批量终端应用零件制作等,可用于工业级应用,如汽车、医疗、消费电子等领域的母模、概念模型、一般部件及产品外壳、功能性部件的制作。

CNC加工:适用于对精度和表面