【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第16课时_绘制PCB基本操作1

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查看: 836回复: 79 发表于 2020-5-13 10:02:47   只看该作者
以前一课所涉及的AD范例工程PHY1为例,讲解绘制PCB基本操作。包括以下内容:

(1)板型绘制
(2)从原理图导入元件到PCB
(3)排列元件
(4)元件对齐操作
(5)创建类
(6)制定规则

1、板型绘制
绘制PCB的第一步是定义好PCB板的外尺寸轮廓(异型板更应如此),这样才不至于将元件和布线画出边界。
(1)新建好工程,并绘制好原理图文件(如图1),新建空的PCBDOC文件并保存。

image001.png
图1 PHY1工程的原理图

(2)参考图2,在PCBDOC编辑区按G,将网格设为1mm间隔,以方便定位。点击激活下方Mechanical1层,在机械层绘制板子外框。

image002.png
图2 在机械层绘制PCB板外框

(2)通过机械层外框,设置PCB板外形(Board Shape)。参考图3,先选中构成闭合形状的四条边线,然后点击Design->Board Shape->Define from selected objects,这样就完成了板型绘制。实际上可以通过任何层的闭合曲线来定义PCB外形,早期AD版本多习惯使用keep out层来定义,本例使用机械层进行额外标注不会对PCB有实质影响。

image003.png
图3 通过机械层外框设置PCB板外形

2、从原理图导入元件到PCB
正常情况PCB文件中的元件都应该是从工程中关联原理图自动导入的(简单粗暴型PCB可以例外)。
(1)确保原理图和PCB文件处于同一工程,原理图中所有元件均绑定了封装,原理图Project->Compile编译后无错误(可以有警告)。参考图4,PCBDOC编辑窗口点击Design>Import Changes From XXX.PrjPCB导入元件。注意,原理图发生改变后,要重新编译才能再次将修改导入PCB。

image004.png
图4 从工程中加载元件和电气连接属性

(2)参考图5,在Engineering Change Order窗口会提示具体有哪些“改变”,点击Execute Changes,选择加载所有元件及其电气连接。

image005.png
图5 Engineering Change Order窗口

(3)如图6所示,全部元件和电气连接属性都加入到了PCBDOC窗口。红色方框是room,用于限定单张原理图的元件从属关系。

image006.png
图6 刚导入元件的PCB编辑窗口

(4)图6所示room框的形状可以拖放修改,从属元件离开的room框就会报错(默认效果是变绿色)。对于单原理图工程,只有一个room框,这时的room框一般都直接删去。

3、排列元件
对于图6所示的元件,完全手动一一摆放元件当然是可以的,但是元件一多会相当费眼费事。SCH和PCB的交叉选择功能可以帮助快速找到并排列元件,是AD中最人性化的功能之一。
(1)如图7所示,点击Tool->Cross Select Mode激活交叉选择功能。

image007.png
图7 激活交叉选择功能

(2)如图8所示,右键点击窗口标签区,选择Split Vertical将窗口分为左右两半,同时显示SCH和PCB编辑窗口,效果如图9所示。

image008.png
图8 分割显示窗口

image009.png
图9 在分割窗口中同时显示原理图和PCB图

(3)如图10所示,在原理图里选中一个功能单元的元件(R4、R8、R9、JP1)。

image010.png
图10 选中一个功能单元的全部4个元件

(4)然后点击Tools->Component-> 单词.png >Reposition Selected Components,就可以快速有效的依次排列待选的全部元件,如图11。

image011.png
图11 使用Reposition Selected Components功能

(5)接着如图12所示,使用Reposition Selected Components功能后,在PCB窗口,鼠标上会先自动拾取R4。待R4放置完毕后,鼠标上又会自动拾取R8,这样可以依次对照原理图,放置好这一单元的4个元件。

image012.png
图12 依次自动拾取元件

4、元件对齐操作
一些元件的位置可以大致摆放,而另一些则需要精确对齐或等间隔排列。
(1)如图13所示,选中待对齐操作的所有元件。

image013.png
图13 选中待对齐元件

(2)如图14,点击黄框所示的工具图标,打开Align Objects窗口。可以在水平和垂直方向上,选择对齐方式,或者是均分空间排列。图中选择的参数是让5个LED下对齐,水平方向均分空间。

image014.png
图14 Align Objects窗口

(3)如图15所示为下对齐并水平方向均分5个LED元件的效果。

image015.png
图15 排列整齐的LED

根据原理图中各单元功能,按信号流向和单元元件就近排列原则,放置好所有元件,如图16所示。

image016.png
图16 全部元件的排列

如图17,按“3”切换到3D模式,查看元件3D布局效果。AD原范例工程PHY1并不带3D模型,本课另外添加了全部元件的3D模型,方法见前面课程。

image017.png image018.png
图17 查看PCB的3D效果图

5、创建类
一个规范的PCB设计,会涉及到复杂的布线规则。而在制定布线规则的时候,经常要用到类的概念,也就是规则可以仅对某一类对象起作用。如图18所示,点击Design->Classes,可以打开Object Class Explorer类浏览窗口。

image019.png
图18 查看AD中的类

(1)计划创建Power net类型的class,以便将来设计线宽规则时,可以单独将其加粗。
(2)如图19所示,在类编辑窗口的Net Classes点击右键Add Class,并添加Member。

image020.png
图19 添加类和对象

(3)如图19右侧,在Power类中添加3V3、3V3A、PWFBIN和PWFBOUT四个对象,这就是PCB工程中所涉及的4个电源类Net。


6、制定规则
AD中有很多设计规则(Design Rules),其中最重要的规则就是Routing中的线宽width和Electrical中的Clearance间距。如图20所示,点击Design->Rules,可以打开PCB Rules编辑界面,图中仅有一条默认Clearance规则和一条默认Width规则。

(1)单一线宽Width规则会导致电源线与信号线一样宽度。
(2)工程PHY1中的U1是高密度引脚TQFP封装元件,只有单一间距Clearance会导致整个电路板的线间距过小(为了将就TQFP的引脚间距)。

image021.png
图20 电气间隔和线宽规则

下面我们讲解如何增加针对电源的线宽规则和针对TQFP封装元件的间距规则:
(1)参考图21,右键新建线宽类规则,取名Power,并且将优先级Priority设为1。

image022.png
图21 新建Power线宽规则

(2)如图22所示,选择Custom Query,就可以配置Power规则的作用范围。

image023.png
图22 配置Power规则

(3)如图23所示,红框内的“ (Innetclass('Power') OR InNet('GND')) ”,代表规则作用范围是Power的net class和GND这个net。

image024.png
图23 设置Power规则的作用范围

(4)如图24,把最大线宽Max Width增大到0.508mm。一共有三个线宽可以设置,默认画出的导线线宽是Preferred Width;人工将导线改到Min Width和Max Width之间线宽时,系统不会报错(默认违规的元件和导线会变绿色)。具体3个线宽值可根据用户实际需要设定。

image025.png
图24 修改Power规则的线宽

(4)如图25所示,类似的操作,建立新的Clearance规则TQFP(规则名称由用户自定,以形象生动为佳),优先级也设为1(最高)。

image026.png
图25 新增Clearance规则TQFP

(5)如图26,将TQFP规则的作用范围限定在“48引脚TQFP器件”,并将Clearance间隔设为0.2mm,这个间距TQFP封装引脚不报Clearance错(默认的0.254mm会报错)。

image027.png
图26 设定TQFP规则的作用范围和Clearance值

如图27所示,Power规则和TQFP规则的优先级最高,它们作用范围外的其余规则(自带的Width和Clearance规则)采用默认值。也就是作用域All,线宽0.254mm(10mil),线间距0.254mm (10mil)。

image028.png
图27 默认线宽和间距规则

7、本课小结
在经历了这么长时间的学习之后,我们仍未布设一根导线。这说明什么?说明欠了太多的账,出来混迟早是要还的。本课介绍了绘制PCB的前期工作,学完本课后必需掌握的有以下知识:

(1)板型绘制
(2)通过原理图导入元件
(3)设置类
(4)设置线宽规则和线距规则

至于“通过交叉选择快速摆放元件”、“对齐元件操作”属于人性化的操作技巧,实在不愿意用,我也不能刀架脖子不是。



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好好学习,天天向上。

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签到16,内容详细,感谢老师

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第十六期打卡~~~

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为了万用表而来,冲呀

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受益匪浅!谢谢老师

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已学习,谢谢

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打卡16!收获满满!

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老师辛苦了 感谢老师的分享

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万用表我来啦!!!

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干货满满,学到了

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感谢分享

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谢谢老师,有学到

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谢谢老师!学到了很多!
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