PCB实验报告+2

　B PCB 实验报告

　2 2

　设计说明书内容

　一、设计要求和条件

　1.1 设计要求

　(1)掌握印制电路板布线流程。

　(2)掌握印制电路板设计的基本原则。

　(3)根据已有的 PCB 实物板，抄画出 PCB 图。

　(4)设计中所用到的元件封装必须符合实际的元件尺寸。

　(5)绘制 PCB 图时，要求将信号线、电源线、地线的宽度区分开。

　(6)要求两引脚之间的连线最短。

　(7)要求使用双面板布线。

　(8)要求 PCB 图布局布线美观，抗干扰性能强。

　(9)PCB 图绘制成功后，要求将原理图画出。

　1.2 设计条件

　(1)使用万用表辅助查找元件引脚之间的连接。

　(2)在制作出网络表的前提下进行设计。

　(3)使用 Protel DXP 专业软件进行设计。

　二、设计目的

　(1)理解别人的设计思路，提高自身的看图能力。

　(2)学会绘制元件封装。

　(3)掌握实物板中所用元器件的基本功能。

　(4)学会制作网络表以及添加网络连接。

　(5)在保证一定质量的前提下，能够快速的绘制出 PCB 图。

　三、设计方案论证

　3.1 设计思路

　对于学生而言，抄画 PCB 板无非有两种方法，一种是先画出原理图，再画出PCB;另一种直接画出 PCB 图。在刚得知设计任务的时候，我的脑子也一直思维定势的认为肯定要先画出原理图，才能进一步的绘制 PCB 图。后来经过老师的指导，我才知道，依据实物板中元件的走线，可以给元件封装添加网络连接，能省去绘制原理图这一步骤，也简化了设计的难度。当然这两种方法都是值得尝试的。

　3.2 设计方案

　方案一:根据实物板理解其原理，制作出库中没有的元件，将其调出并绘制出原理图，再导入 PCB 进行布局布线。

　方案二:利用 Protel DXP 软件直接建立 PCB 文件，并将板子中用到的元件封装画出，再在库中调出，放置在合适的位置、添加网络标号、布局、布线。

　3.3 设计流程图

　(1)方案一的设计流程:

　设计说明书内容 根据实物板制作元件 绘制出电路原理图 根据实物制作封装 导入 PCB 绘制印制板

　DRC 检测

　完成

　(2)方案二的设计流程:

　设计说明书内容

　根据实物板制作元件封装

　在 PCB 下调出封装

　添加网络连接

　绘制 PCB 图

　DRC 检测

　完成

　两种方案经过一番对比之后，我发现方案一能使人更好的理解其布线原理，且绘制流程符合标准流程，对初学者来说是一种很好的学习方法，但是需要花费大量的时间去研究元件引脚的连接问题。而方案二的流程很简单，跳过了对原理图的绘制，能够节约大量时间。由于此设计的重点是得到 PCB 图，所以我认为应该直接从元件的封装入手，然后将其调出，添加网络标号，只要细心观察实物板的连线，精心布局，此方案定能达到事半功倍的目的。故我选择了方案二。

　3.4 布线方案

　方案一:采用自动布线法。将元件的位置摆放好后，便可使用系统内部的自动布线功能，几秒内就可将一个庞大的复杂的电路布线成功，但可惜的是，布出来的PCB 图效果极差，导线的走线极不平滑，会有尖角产生，两个相距很近的连接在一块儿的焊盘，也可能会被绕了一大圈后才能连上，这也是用机器布线的一大弊端。

　方案二:采用手动布线法。此方法的每一个环节都需要人为操作，要想布出一个既美观又实用的 PCB 图，那是需要耗费大量的时间和精力的。但就目前的技术而言，以质量为前提条件，手动布线是最常用的一种方法，因此，我选择方案二。

　3.5 实物板中用到的特殊元件

　(1)ATmega1280

　设计说明书内容

　 (2)FT232RL

　 设计说明书内容

　(3)LM2576

　 (4)LM298N

　 3.6 封装的绘制

　绘制封装的第一步是设置好图纸参数，由于我国主要使用公制单位毫米(Metric)，所以要将软件默认的英制单位(Imperial)改为公制单位，并在“PCB 板选择项”中将其相关参数进行修改，具体修改为何值因人而异。修改完毕后就可以开始绘制封装了。

　当我们测量完元件引脚间距及其相关参数后，在放置焊盘的过程中经常会遇到距离控制不精确的问题，在这里有一种方法:首先放置一个焊盘并将其设置为圆心点。然后根据左下角的坐标轴放置接下来的焊盘，在移动焊盘的过程中我们还可以根据放置的距离对“捕获网格”进行修改，这样就能放置处精确的距离。在丝印层(Top Overlay)绘制封装的过程中应使其符合元件的实际大小，以保证能够顺利安

　装元件。完成元件绘制后应该将元件设置在中心点，设置方法如下:编辑?设置参考点?中心。因为在 PCB 的绘制过程中，各个元件都是以中心点为移动和旋转的参考点，如果元件偏离中心点太远可能会导致无法放置到想要的位置。所以这点非常重要，初学者很容易遗漏～

　和元件原理图一样，元件封装图也可以在软件自带元件封装库中找到。由于元件封装的命名有通用标准，我们只要知道所需绘制元件的封装名即可在软件自带封装库中找到。

　本设计中所用到的元件封装如附录所示。

　3.7 PCB 板绘制及布线规则

　电路板设计的流程中最后一步就是 PCB 板的绘制，也是最为重要的一步，它的好坏将直接影响其电路的好坏。其布线原则十分复杂，需要拥有多年的电路设计经验的人士才能熟练掌握的技巧，特别是在高频电路尤为重要。因此，在这里不做过多讨论，只对其基本原则进行讨论。

　(1)元件布局

　虽然 Protel DXP 能够自动布局，但是实际上电路板的布局几乎都是手工完成的。要进行 设计说明书内容

　布局时，一般遵循如下规则:

　1、按照电路功能布局

　如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。

　按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。

　以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

　2、元件放置的顺序

　首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。

　再放置特殊元件，例如发热元件、集成电路等。

　最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。

　(2)网络连接

　1、装载了网络表之后，在打开的 PCB 文件中执行 Design?Netlist?Edit nets命令，系统将弹出“网络表管理器”对话框。

　2、此时，可以在 Net in Class 列表中选择需要连接的网络，然后双击该网络名或者单击下面的“Edit”按钮，系统将弹出 Edit Net 编辑网络对话框，此时可以选择添加连接该网络的元件引脚。

　(3)布线的规则

　1、线长:铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

　2、线宽:铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下，1~1.5mm 的线宽，允许流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。

　3、线间距:相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。

　4、大面积填充:电路板上的大面积填充的目的有两个，一个是散热，另一个是用屏蔽减少干扰，为避免焊接时产生的热使电路板产生的气体无处排放而使铜膜脱

　落，应该在大面积填充上开窗，后者使填充为网格状。使用敷铜也可以达到抗干扰的目的，而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。

　5、地线:尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化，导致电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分，因此地线应该尽量宽，一般以大于 1mm 为宜。

　(4)DRC 检查规则

　当 PCB 板绘制完成后，要怎样检查其是否符合设计规格呢,这时就要用到“设计规则检查”这项功能。DXP 提供了自动查错功能，而其约束规则是由自己设定的。只要按照“布线规则”在“PCB 规则和约束编辑器”中找到相应的规则修改即可。里面几乎包括了所有布线原则，如果在绘制的过程中违反了规则，系统将把错误的部分显示为绿色，这时你就要想办法将其修改。绿色导线即为不符合规则的导线。那么要如何将其改为正确的呢～答案很简单，只要在“PCB 规则和约束编辑器”中找到导线宽度规则将其修改即可。具体操作如下:设计?规则，打开“PCB 规则和约束编辑器”找到 Design Rules?Routing?width。将其最小线宽和最大线宽做相应的修改即可解除错误。因此，规则是十分重要的，必须熟悉“PCB 规则和约束编辑器”中的各项参数的含义。

　(5)补泪滴设置

　一切工作做完之后，便可对整个 PCB 图补泪滴以加固焊盘。可以通过执行选项命令工具?泪滴来进行设置。

　设计说明书内容

　四、设计结果与分析

　4.1 设计结果

　(1)PCB 图

　 (2)原理图

　 设计说明书内容

　4.2 结果分析

　由 PCB 图可以看出，PCB 板的长为 110mm，宽为 73mm，采用的是双面板布线，顶层为红线，底层为蓝线，图中的走线几乎都是以芯片 ATmega1280 为核心，从始至终都围绕着它进行布局布线，所以这些地方打的过孔也比较多，图中有些元件相距较远，导致两个焊盘之间的距离较远，所以有些导线拉的很长，但在布线时，也已尽最大的努力来避免类似的情况发生。图中的另一个特点是走线的粗细不同，即地线>电源线>信号线。这种关系牵涉到一个很重要的问题，既使在整个 PCB 板中的布线完成得都很好，但由于电源线、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以我们对电源线、地线的布线非常慎重，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是:通常信号

　线宽为:0.2~0.3mm,最细宽度可达 0.05~0.07mm,电源线为 1~2.5 mm，以使电源线、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证板子的质量。

　PCB 图画出之后，原理图的绘制问题也就迎刃而解，总体来看，本设计所用到的元件并不多，主要有 ATmega1280、FT232RL、L298N、FT232RT 等。在绘制原理图时，可以用网络标号代替导线，将整个电路模块化，这里将其分为 5 个模块，显得简单、明了。

　五、设计体会

　刚刚拿到板子的那一刻起，给我的第一印象就是全是密密麻麻的走线，脑子里一团雾水，仔细一看板子，发现上面的元器件大部分都标着名称，于是我们就以这个线索为着眼点，开始搜集相关的信息。比如 ATmega1280、FT232RT、LM2576、L298N，这些元器件都是我们在课堂上没有接触过的，如果不把这些芯片的管脚功能及个数弄清楚，在布局布线时很容易出错。当我们把陌生的元件资料搜集好之后，便开始利用 Protel DXP 软件建立元件库和封装库，封装的尺寸可用尺子在PCB 板子上测量出来，元件库中所画元件的尺寸，能保证和原理图中的其他元件相匹配就可以了。有些元件的封装在库中也能找到，但是我们还是要以实物为准，建立一个属于自己的库，只有这样，才能为后续的布线工作做好充分的准备。

　基础工作做好之后，我们就进入了一个非常重要的一个环节——添加元件和网络连接，这是一项很艰巨的任务，需要对板子进行仔仔细细的观察，不可放过和漏掉一条走线，由于要抄画的板子是双面板，所以两面都有走线，这也为设计增添了不少障碍，只考人眼是不行的，这时万用表便成了不可或缺的工具。确定了两个元件之间的连接关系后，我们要人为的添加网络连接，这一点老师在课堂上是强调过的，但是由于隔的时间比较久，我们都有些生疏了，幸亏课本上有相关步骤和方法，我们这才一步步的做出了所有元件的网络连接。

　整个设计中最关键的一块儿要数布线了，双面板与单面板相比要容易一些，这其中少不了的是过孔，它的作用是连通各层之间的线路，当从顶层过度到底层时，

　一定不能忘记放过孔。虽然双面板布线容易些，但是由于元件较多，也会出现阶梯状走线，无法保证短距离连线，这使得布局就没那么美观了。

　整个设计下来，确实花费了我们不少的功夫，我也明白了做任何事情都要有一定的恒心，绝不能因为难而放弃或半途而废。总之，通过这段时间的琢磨和学习，我对如何使用 Protel DXP 绘制 PCB 图又有了进一步提升。提高了对 DXP 这一软件的熟练度，绘图速度和看图能力也有了很大提高，对电路图的设计也有了新的见解，觉得自己正朝着电子工程师这一方向迈进。

　我们的设计能够圆满完成也要感谢老师，谢谢您对我们的精心辅导。

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