《电子CAD综合实训》项目一 直流稳压电源印制板设计.ppt

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1、1,直流稳压电源 印制板设计,电子CAD综合实训,项目一,2,目 录,任务一 印制板设计流程,任务二 绘制原理图元器件符号,任务三绘制元器件封装符号,任务四绘制原理图,任务五创建网络表文件和元器件清单,任务六绘制单面PCB图,任务七原理图与PCB图的一致性检查,任务八编制工艺文件,3,项目一 直流稳压电源印制板设计,项目一的任务目标是利用电子CAD软件Protel 99 SE完成直流稳压电源电路图和印制板图的绘制。,图1-1 直流稳压电源电路,4,项目一 直流稳压电源印制板设计,5,本项目重点是正确绘制和使用元器件符号，正确绘制原理图，通过确定变压器、二极管整流器、带散热片的三端稳压器、电解电

2、容等元器件封装，了解根据实际元器件确定封装参数的方法，学习根据信号流向进行布局的方法，学习根据飞线指示手工绘制单面板图的方法，利用多边形填充加大接地网络面积和利用矩形填充改变90的方法，初步了解工艺文件的编写。,项目一 直流稳压电源印制板设计,6,要求：1了解实际印制板图的设计流程。2 新建一个名为“Project1.Ddb”的设计数据库，在“Project1.Ddb”设计数据库内新建一个原理图元器件库文件，绘制整流器（硅桥）符号，要求元件名称为“GUIQ1”，元器件默认编号为“B?”。3根据实际元器件确定所有元器件封装参数，在“Project1.Ddb”设计数据库内新建一个元器件封装库文件，

3、绘制所需元器件封装。4在“Project1.Ddb”设计数据库内新建一个原理图文件，绘制电路原理图，要求每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。5根据原理图产生网络表文件和元器件清单。,项目一 直流稳压电源印制板设计,7,6根据工艺要求绘制单面印制板图。印制板图的具体要求：（1）印制板尺寸：宽：88mm、高：82mm，安装孔位置详见图1-6-4。（2）绘制单面板。（3）变压器的放置位置要使安装孔对其有支撑作用。（4）三端稳压器U1要有散热片。（5）隐藏所有元器件标注。（6）因为是电源电路，铜箔导线要尽量宽，注意三端稳压器7805的最大输出电流值。7原理图与印制板图的一致性检查。8编制工

4、艺文件。,项目一 直流稳压电源印制板设计,8,任务一 印制板设计流程,图1-2 印制板图设计流程,9,（1）双击桌面上的Protel 99 SE快捷图标进入Protel 99 SE设计环境。（2）在设计环境中，执行菜单命令File New，创建一个名为Project1.ddb的设计数据库文件，将其存放在指定文件夹下。（3）在Project1.ddb中执行菜单命令File New，在弹出的对话框中选择Schematic Library Document图标，新建一个原理图元器件库文件Schlib1.Lib。（4）按照图1-4所示绘制二极管整流器符号，绘制完毕进行保存。,任务二 绘制原理图元器件符

5、号,图1-4 二极管整流器符号,10,（5）绘制步骤 单击SchLibDrawingTools工具栏中的绘制矩形图标，绘制矩形轮廓。单击SchLibDrawingTools工具栏中的引脚图标 放置引脚。绘制完毕对元器件符号进行重命名。执行菜单命令Tools Rename Component，将元器件名称修改为GUIQ1。定义元器件属性。执行菜单命令Tools Description，系统弹出Component Text Fields对话框。在对话框中设置Default Designator：B？。单击主工具栏上的保存按钮，保存该元件。,任务二 绘制原理图元器件符号,11,一、根据实际元器件确定

6、封装参数的原则与方法 元器件封装四要素：元器件引脚间距离。焊盘孔径（针对插接式元件）与焊盘直径。元器件轮廓。与元器件电路符号引脚之间的对应。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-7 插接式焊盘尺寸,12,二、电解电容C1封装,任务三 绘制元器件封装符号,图1-14 电解电容C1,1实际测量参数 元器件引脚间距离：大约为300mil。引脚孔径：小于1.2mm。元器件轮廓：半径大约为7mm的圆。与元器件电路符号引脚之间的对应：正极焊盘的焊盘序号Designator的值为1，负极焊盘的焊盘序号Designator的值为2。,13,2电解电容C1封装参数确定 将以上各参数换算为英制（1mil=0.025

7、4mm），这些参数比较符合系统在元器件封装库Advpcb.ddb中提供的电解电容封装RB.3/.6。因此，电解电容C1的封装确定为RB.3/.6。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-15 电解电容C1封装RB.3/.6,14,三、电解电容C2封装1实际测量参数 元器件引脚间距离：大约为200mil。引脚孔径：小于1.0mm，则焊盘直径确定为大于2.3mm。元器件轮廓：半径大约为小于4mm的圆。与元器件电路符号引脚之间的对应 正极焊盘的焊盘序号Designator的值为1，负极焊盘的焊盘序号Designator的值为2。2电解电容C2封装参数确定将以上各参数换算为英制，电容C2的封装参数为：元器

8、件引脚间距离：200mil。引脚孔径：39mil，则焊盘直径可为100mil。元器件轮廓：半径为150mil的圆。,任务三 绘制元器件封装符号,15,3绘制电解电容C2封装符号（1）在Project1.ddb设计数据库中新建一个PCB封装库文件。打开Project1.ddb设计数据库，执行菜单命令File New，在弹出的新建文件对话框中选择PCB Library Document（PCB库文件）图标，则建立了一个PCB封装库文件。（2）按照图1-17所示绘制电解电容C2封装符号,任务三 绘制元器件封装符号,图1-17 电解电容C2封装,16,（3）操作步骤 放置焊盘 执行菜单命令Place

9、Pad，或用鼠标左键单击放置工具栏的放置焊盘图标，光标变成十字形，并带有一个焊盘；按【Tab】键，系统弹出焊盘属性对话框，按照封装参数要求在对话框中设置1#焊盘有关参数。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-18 1#焊盘属性设置,17,在距原点水平方向向右200mil（焊盘间距）的位置放置2#焊盘。绘制轮廓线 将当前工作层设置为顶层丝印层。用鼠标左键单击放置工具栏中的绘制整圆 图标，在坐标为（100mil，0）的位置单击鼠标左键，确定圆心，移动鼠标绘制圆，单击鼠标右键，退出绘制状态。双击刚绘制好的圆，在属性对话框中设置圆的半径Radius为150mil。设置封装符号参考点 执行菜单命令Edit

10、 Set Reference Pin1，选择第一引脚为参考点。元件封装重命名。单击【保存】按钮，进行保存。,任务三 绘制元器件封装符号,18,四、无极性电容C3、C4封装,任务三 绘制元器件封装符号,图1-22 无极性电容C3、C4,（a）无极性电容实物,（b）无极性电容符号,19,1实际测量参数 元器件引脚间距离：大约为200mil；引脚孔径：小于0.8mm，则焊盘直径确定为大于2.1mm 元器件轮廓为矩形；与元器件电路符号引脚之间的对应 封装符号中两个引脚的焊盘序号Designator分别为1和2。2C3、C4封装参数确定 元器件引脚间距离：200mil。引脚孔径：31mil，则焊盘直径为

11、80mil。元器件轮廓为矩形。C3、C4可以采用系统在Advpcb.ddb中提供的电容封装RAD0.2，只是将孔径改为31mil，焊盘直径改为80mil即可。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-23 无极性电容C3、C4封装符号,20,五、二极管整流器B1封装 1实际测量参数 元器件引脚间距离：大约为3.8mm（150mil）。引脚孔径：大约1.2mm（47mil），则焊盘直径大约应为2.5mm（100mil）。元器件轮廓为矩形。以上的英制参数与系统在元器件封装库International Rectifiers.ddb中提供的整流器（硅桥）封装D-44参数基本一致。,任务三 绘制元器件封装符号

12、,图1-24 二极管整流器B1,图1-25 D-44整流器封装符号,21,2D-44整流器封装符号焊盘参数修改 焊盘间距：150mil（无需修改）。焊盘孔径：40mil（应改为47mil）。焊盘直径：X方向80mil，Y方向160mil（两个方向均应改为100mil）引脚排列。图1-24中从左向右引脚的排列依次为“直流-”输出、“交流输入”、“交流输入”、“直流+”输出，与图1-25所示D-44的引脚排列一致。与元器件电路符号引脚之间的对应。根据二极管整流器电路符号引脚号，将D-44的焊盘号修改为如图1-27所示。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-27 修改后的二极管整流器封装符号,22,六

13、、IN、OUT连接器封装 3.96mm两针连接器是标准件，封装符号可以在系统提供的3.96mm Connectors.ddb元器件封装库中找到，图1-30所示即为系统提供的3.96mm两针连接器封装MT6CON2V。1实际测量参数 元器件引脚间距离：无需测量；引脚孔径：大约1.6mm（63mil），则焊盘直径应大约为2.8mm（110mil）元器件轮廓为矩形；与元器件电路符号引脚之间的对应：焊盘序号应分别为1、2。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-29 3.96mm两针连接器,23,2MT6CON2V封装符号参数修改 元器件引脚间距离：156mil（无需修改）；引脚孔径：1.5mm（约为59

14、mil）应改为63mil，焊盘直径为2.2mm（约为85mil）应改为110mil，将1#焊盘设置为矩形Rectangle；元器件轮廓可改为矩形；与元器件电路符号引脚之间的对应：焊盘序号分别为1、2。,任务三 绘制元器件封装符号,图1-30 MT6CON2V封装符号,图1-31 修改后的IN、OUT连接器封装符号,24,七、三端稳压器7805封装,任务三 绘制元器件封装符号,图1-32 三端稳压器7805,图1-33 TO-220封装符号,本项目中要求7805装有YA系列散热片，如图1-34所示。,图1-34 装有散热片的7805,25,1实际测量参数,任务三 绘制元器件封装符号,图1-35

15、装有YA系列散热片7805的封装尺寸,26,与元器件电路符号引脚之间的对应：在图1-32中从正面看稳压器的引脚顺序为1输入端、2接地端、3输出端，散热片上的螺丝是要接地的，所以定位孔的焊盘号也应是2，与接地端相连。,任务三 绘制元器件封装符号,27,2绘制装有YA系列散热片的7805封装符号 引脚焊盘尺寸：孔径：1.2mm（47mil）。焊盘X方向直径：2.54mm（100mil）。焊盘Y方向直径：3.5mm（138mil）。焊盘号：7805的3个引脚从左向右依次为1、2、3，定位孔的焊盘号都是2。定位孔尺寸：孔径：1.5mm（59mil）。焊盘直径：大约3.8mm（150mil）。,任务三

16、绘制元器件封装符号,28,任务三 绘制元器件封装符号,图1-38 绘制完成的7805封装符号,29,任务三 绘制元器件封装符号,八、变压器封装,图1-39 变压器,30,任务三 绘制元器件封装符号,1实际测量参数,图1-40 变压器封装参数,31,任务三 绘制元器件封装符号,2绘制变压器封装符号焊盘尺寸：输入端焊盘孔径：1.27mm（50mil）。输入端焊盘直径：X方向确定为5.08mm（200mil）；Y方向确定为3.81mm（150mil）。输出端焊盘孔径：1.27mm（50mil）。输出端焊盘直径：X方向确定为2.8mm（约为110mil）；Y方向确定为2.8mm（110mil）。焊盘号

17、：在图1-40中，左侧是输入端，焊盘号分别为1、3，右侧是输出端，焊盘号分别为2、4.。定位孔的尺寸：孔径确定为3.5mm（约为138mil）。定位孔通过放置过孔实现。定位孔的绘制分为两个步骤，一是放置过孔，二是在过孔外TopOverLayer绘制一个轮廓。,32,任务三 绘制元器件封装符号,2绘制变压器封装符号,图1-44 绘制完成的变压器封装符号,33,任务四 绘制原理图,一、新建原理图文件 在Project1.ddb设计数据库中执行菜单命令File New，系统弹出New Document对话框，在对话框中选择Schematic Document图标，新建一个原理图文件。二、加载元器件库

18、 根据表1-1所示，本项目所需的元器件符号库只有分立元件库Miscellaneous Devices.ddb，这个元器件库在新建原理图文件时，一般已经默认加载，如果没有加载，可以在原理图文件左侧管理器窗口中单击【Add/Remove】按钮，进行加载。三、放置元器件符号 根据表1-1的元器件符号属性列表进行放置。注意：在表1-1中没有封装Footprint的参数，每个元器件符号的封装参数Footprint可根据“任务三”中确定的封装名进行设置。,34,任务四 绘制原理图,1放置元器件库中的元器件符号 以放置电解电容C1为例介绍一种放置元器件符号的方法。在原理图文件界面左边管理器窗口按图1-46进

19、行设置，从中选择ELECTRO1，单击图1-46中的【Place】按钮，则ELECTRO1元件符号粘在十字光标上随光标移动；按【Tab】键，在弹出的元器件属性对话框中输入各属性值，单击【Ok】按钮进行放置。,图1-46 显示以e开头的所有元器件名称,35,任务四 绘制原理图,2放置自己绘制的元器件符号二极管整流器 在Project1.ddb中打开原理图文件的同时，再打开自己建的原理图元器件库文件，调到二极管整流器符号画面，在原理图元器件库文件左边管理器窗口单击【Place】按钮，此时系统自动切换到打开的原理图界面，并有一个二极管整流器符号粘在光标上，按【Tab】键，进行属性设置，而后进行放置即

20、可。四、绘制导线 单击Wiring Tools工具栏中的绘制导线图标，进行绘制。五、放置接地符号 单击Wiring Tools工具栏中的 图标，按【Tab】键在弹出的电源/接地符号属性对话框的Net中输入GND，在符号显示类型Style中，选择Power Ground，而后进行放置即可。,36,任务五 创建网络表文件和元器件清单,一、创建网络表文件 打开原理图文件，执行菜单命令 Design Create Netlist，系统弹出Netlist Creation网络表设置对话框，由于本项目涉及的是单张原理图，所以在对话框的Sheets to Netlist选项中选择Active Sheet选项

21、，即只对当前打开的电路图文件产生网络表，其余采用默认即可，如图1-53所示。,图1-53 创建网络表文件对话框,37,任务五 创建网络表文件和元器件清单,二、产生元器件清单 在原理图文件中执行菜单命令Reports Bill of Material，系统弹出BOM Wizard向导窗口之一，进入生成元器件清单向导，如图1-55所示。,图1-55 生成元器件清单向导,38,任务五 创建网络表文件和元器件清单,按图1-55选择完毕单击【Next】按钮，系统弹出选择元器件清单中包含的元器件信息对话框，如图1-56所示。,图1-56 选择元器件清单中包含的信息,39,任务五 创建网络表文件和元器件清单

22、,在图1-56中，选中的内容分别为Footprint（封装形式）和Description（元件描述），选择完毕单击【Next】按钮，系统弹出设置元器件清单列标题对话框，如图1-57所示。,图1-57 元器件清单的列标题,40,任务五 创建网络表文件和元器件清单,单击【Next】按钮，系统弹出选择元器件清单文件格式对话框，如图1-58所示。,图1-58 选择元器件清单格式,41,任务五 创建网络表文件和元器件清单,本例选择第3项。单击【Next】按钮，系统弹出完成对话框，如图1-59所示。,图1-59 完成画面,42,任务五 创建网络表文件和元器件清单,在图1-59中，单击【Finish】按钮，

23、系统生成电子表格式的元器件清单，并自动将其打开，如图1-60所示。,图1-60 本项目的元器件清单,43,任务六 绘制单面PCB图,一、新建PCB文件 在Project1.ddb设计数据库中执行菜单命令File New，系统弹出New Document对话框，在对话框中选择PCB Document图标，新建一个PCB文件。二、规划电路板1确定PCB的工作层 单面板需要以下工作层。顶层Top Layer：放置元器件。底层Bottom Layer：布线。机械层Mechanical Layer：绘制电路板的物理边界。顶层丝印层Top Overlay：显示元器件轮廓和标注字符。多层Multi Laye

24、r：放置焊盘。禁止布线层Keep Out Layer：绘制电路板的电气边界。,44,任务六 绘制单面PCB图,2创建机械层 执行菜单命令Design Mechanical Layers，在弹出的对话框中，按图1-62所示进行设置。,图1-62 设置机械层对话框,45,任务六 绘制单面PCB图,3设置当前原点 执行菜单命令Edit Origin Set或在Placement Tools工具栏中单击设置原点图标，用十字光标在左下角的任一位置单击鼠标左键，则此点变为当前原点。4显示坐标原点标志 执行菜单命令Tools Preferences 在Preferences对话框中选择Display选项卡

25、选中Origin Marker复选框，单击【Ok】即可在坐标原点处显示原点标志。5将计量单位转换为公制 第一种方法：直接按【Q】键。第二种方法：执行菜单命令View Toggle Units。,46,任务六 绘制单面PCB图,6在机械层绘制物理边界,图1-64 项目一的电路板尺寸和安装孔位置,47,任务六 绘制单面PCB图,（1）绘制物理边界 在机械层Mechanical 4按图1-64所示绘制电路板的物理边界，图中的尺寸单位是mm。（2）绘制安装孔 利用过孔放置安装孔 在PCB文件中单击PCBLibPlacementTools工具栏中的放置过孔图标，按【Tab】键在弹出的Via属性对话框中按

26、图1-65所示设置过孔属性。,图1-65 项目一中的过孔设置,48,任务六 绘制单面PCB图,绘制过孔外围的圆 将当前层设置为KeepOutLayer。单击PCBLibPlacementTools工具栏中的绘制圆图标，在过孔的外面绘制一个半径为1.8mm的同心圆。,图1-66 项目一中过孔外同心圆的设置,图1-67 项目一中放置的安装孔,49,任务六 绘制单面PCB图,三、加载元器件封装库1加载系统提供的元器件封装库 执行菜单命令Design Add/Remove Library或单击主工具栏的加载元件封装库图标或在屏幕左边PCB管理器中选择Browse PCB选项卡，在Browse下拉列表框

27、中，选择Libraries（元件封装库），单击框中的【Add/Remove】按钮，选择所需元件封装库即可。2使用自己建的PCB封装库 一是采用“1”中介绍的方法，通过加载自己建的PCB封装库所在的ddb文件，来使用其中的PCB封装库。二是在PCB文件所在的ddb设计数据库中先打开自己建的PCB封装库，这时可在PCB文件中直接使用该封装库中的符号。,50,任务六 绘制单面PCB图,四、装入网络表 1绘制电气边界 用鼠标左键单击KeepOutlayer工作层标签，将KeepOutlayer设置为当前层，按照绘制物理边界的方法绘制电气边界。绘制完成的电气边界和物理边界如图1-70所示，其中内层是电气

28、边界。2装入网络表 在PCB文件中执行菜单命令Design Load Nets，单击【Browse】按钮，选择根据原理图创建的网络表文件 单击【Ok】，系统自动生成网络宏，并将其在装入网络表对话框中列出。,图1-70 装入网络表后的情况,51,任务六 绘制单面PCB图,五、元器件布局 1元器件的自动布局 执行菜单命令Tools Auto Placement Auto Placer，系统弹出Auto Place自动布局对话框，按图1-73进行设置，其中：Cluster Placer：群集式布局方式，适用于元器件数量少于100的情况。Quick Component Placement：快速布局，但

29、不能得到最佳布局效果。单击【Ok】，系统进行自动布局。,52,任务六 绘制单面PCB图,图1-73 Auto Place自动布局对话框,53,任务六 绘制单面PCB图,2手工调整布局,图1-74 手工调整后的布局效果,54,任务六 绘制单面PCB图,隐藏元器件封装标注：双击任一元器件封装符号，系统弹出Component元器件属性对话框，在对话框中选择Comment选项卡，在图中选中Hide复选框，单击【Global】按钮，设置全局修改，如图1-76所示，单击【Ok】按钮即可。,图1-76 设置全局修改参数,55,任务六 绘制单面PCB图,六、布线1布线方法 布线方法有多种，如完全手工布线、完全

30、自动布线、自动布线后进行手工调整等。本例采用完全手工布线的方法。2设置布线规则 设置所有线宽均为100mil。执行菜单命令Design Rules，在弹出的Design Rules（设计规则）对话框中选择Routing选项卡，在Routing选项卡中选择Width Constraint（设置布线宽度）选项。,56,任务六 绘制单面PCB图,图1-77 在Routing选项卡中选择Width Constraint选项,57,任务六 绘制单面PCB图,在图1-77中单击【Properties】按钮，在弹出的布线宽度设置对话框的Rule Attributes选项区域中，按图1-78所示进行设置。,图

31、1-78 设置Minimum Width、Maximum Width和Preferred Width均为100mil,58,任务六 绘制单面PCB图,3手工布线 因为是单面板，全部走线都在底层BottomLayer。（1）绘制信号线,图1-79 信号线绘制完毕的情况,59,任务六 绘制单面PCB图,（2）绘制接地线,图1-80 补齐所有未绘制的连线,60,任务六 绘制单面PCB图,（3）对接地网络进行加粗 右图是绘制完毕的情况。,61,任务六 绘制单面PCB图,4放置标注 将当前层设置为TopOverLay。用鼠标左键单击Placement Tools工具栏中的放置文字标注图标，对输入端和输出

32、端进行标注。,图1-90 对输入端进行标注,62,任务七 原理图与PCB图的一致性检查,一、根据电路板图产生网络表文件 在PCB文件中执行菜单命令Design Netlist Manager，系统弹出Netlist Manager网络列表管理器对话框如图1-91所示；用鼠标左键单击左下角的【Menu】按钮，在弹出的子菜单中选择Create Netlist From Connected Copper，即可产生网络表文件。,图1-91 Netlist Manager网络列表管理器对话框,63,任务七 原理图与PCB图的一致性检查,该网络表的主文件名为Generated+PCB的主文件名，扩展名为.

33、net。二、两个网络表文件进行比较 打开原理图文件，执行菜单命令Reports Netlist Compare，系统弹出选择网络表对话框，,图1-95 选择网络表对话框,64,任务七 原理图与PCB图的一致性检查,选择根据原理图产生的网络表文件S_C1.NET，单击【Ok】，系统仍弹出图1-95所示Select对话框，再选择根据印制电路板图产生的网络表文件Generated S_C1.Net，单击【Ok】，系统产生网络表比较文件S_C1.Rep。,65,任务八 编制工艺文件,一、工艺文件的概念 在PCB板图设计完成后，一般都交由专业化的生产厂家制造印制板。在委托专业厂家制板时，应该提供制板的技术文件。制板的技术要求，应该文字准确、清晰、有条理，主要内容包括：板的材质、厚度，板的外形及尺寸、公差；焊盘外径、内径、线宽、焊盘间距及尺寸、公差；焊盘钻孔的尺寸、公差及孔金属化的技术要求；印制导线和焊盘的镀层要求（指镀金、银、铅锡合金等）；板面阻焊剂的使用；其他具体要求。,66,任务八 编制工艺文件,二、编制本项目工艺文件1是单面板，图形是透视图（或反图），字符为正字。2板厚：2.0mm。3板材：FR-4。4铜箔厚度：不小于35m。5孔径和孔位均按文件中的定义。6表面处理：热风整平。7字符颜色：白色。8阻焊颜色：绿色。9数量：500片。10工期：7 10天。,67,The end,