B PCB 實驗報告

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　設計說明書內容

　一、設計要求和條件

　1.1 設計要求

　(1)掌握印制電路板布線流程。

　(2)掌握印制電路板設計的基本原則。

　(3)根據已有的 PCB 實物板，抄畫出 PCB 圖。

　(4)設計中所用到的元件封裝必須符合實際的元件尺寸。

　(5)繪制 PCB 圖時，要求將信號線、電源線、地線的寬度區分開。

　(6)要求兩引腳之間的連線最短。

　(7)要求使用雙面板布線。

　(8)要求 PCB 圖布局布線美觀，抗干擾性能強。

　(9)PCB 圖繪制成功后，要求將原理圖畫出。

　1.2 設計條件

　(1)使用萬用表輔助查找元件引腳之間的連接。

　(2)在制作出網絡表的前提下進行設計。

　(3)使用 Protel DXP 專業軟件進行設計。

　二、設計目的

　(1)理解別人的設計思路，提高自身的看圖能力。

　(2)學會繪制元件封裝。

　(3)掌握實物板中所用元器件的基本功能。

　(4)學會制作網絡表以及添加網絡連接。

　(5)在保證一定質量的前提下，能夠快速的繪制出 PCB 圖。

　三、設計方案論證

　3.1 設計思路

　對于學生而言，抄畫 PCB 板無非有兩種方法，一種是先畫出原理圖，再畫出PCB;另一種直接畫出 PCB 圖。在剛得知設計任務的時候，我的腦子也一直思維定勢的認為肯定要先畫出原理圖，才能進一步的繪制 PCB 圖。后來經過老師的指導，我才知道，依據實物板中元件的走線，可以給元件封裝添加網絡連接，能省去繪制原理圖這一步驟，也簡化了設計的難度。當然這兩種方法都是值得嘗試的。

　3.2 設計方案

　方案一:根據實物板理解其原理，制作出庫中沒有的元件，將其調出并繪制出原理圖，再導入 PCB 進行布局布線。

　方案二:利用 Protel DXP 軟件直接建立 PCB 文件，并將板子中用到的元件封裝畫出，再在庫中調出，放置在合適的位置、添加網絡標號、布局、布線。

　3.3 設計流程圖

　(1)方案一的設計流程:

　設計說明書內容 根據實物板制作元件 繪制出電路原理圖 根據實物制作封裝 導入 PCB 繪制印制板

　DRC 檢測

　完成

　(2)方案二的設計流程:

　設計說明書內容

　根據實物板制作元件封裝

　在 PCB 下調出封裝

　添加網絡連接

　繪制 PCB 圖

　DRC 檢測

　完成

　兩種方案經過一番對比之后，我發現方案一能使人更好的理解其布線原理，且繪制流程符合標準流程，對初學者來說是一種很好的學習方法，但是需要花費大量的時間去研究元件引腳的連接問題。而方案二的流程很簡單，跳過了對原理圖的繪制，能夠節約大量時間。由于此設計的重點是得到 PCB 圖，所以我認為應該直接從元件的封裝入手，然后將其調出，添加網絡標號，只要細心觀察實物板的連線，精心布局，此方案定能達到事半功倍的目的。故我選擇了方案二。

　3.4 布線方案

　方案一:采用自動布線法。將元件的位置擺放好后，便可使用系統內部的自動布線功能，幾秒內就可將一個龐大的復雜的電路布線成功，但可惜的是，布出來的PCB 圖效果極差，導線的走線極不平滑，會有尖角產生，兩個相距很近的連接在一塊兒的焊盤，也可能會被繞了一大圈后才能連上，這也是用機器布線的一大弊端。

　方案二:采用手動布線法。此方法的每一個環節都需要人為操作，要想布出一個既美觀又實用的 PCB 圖，那是需要耗費大量的時間和精力的。但就目前的技術而言，以質量為前提條件，手動布線是最常用的一種方法，因此，我選擇方案二。

　3.5 實物板中用到的特殊元件

　(1)ATmega1280

　設計說明書內容

　 (2)FT232RL

　 設計說明書內容

　(3)LM2576

　 (4)LM298N

　 3.6 封裝的繪制

　繪制封裝的第一步是設置好圖紙參數，由于我國主要使用公制單位毫米(Metric)，所以要將軟件默認的英制單位(Imperial)改為公制單位，并在“PCB 板選擇項”中將其相關參數進行修改，具體修改為何值因人而異。修改完畢后就可以開始繪制封裝了。

　當我們測量完元件引腳間距及其相關參數后，在放置焊盤的過程中經常會遇到距離控制不精確的問題，在這里有一種方法:首先放置一個焊盤并將其設置為圓心點。然后根據左下角的坐標軸放置接下來的焊盤，在移動焊盤的過程中我們還可以根據放置的距離對“捕獲網格”進行修改，這樣就能放置處精確的距離。在絲印層(Top Overlay)繪制封裝的過程中應使其符合元件的實際大小，以保證能夠順利安

　裝元件。完成元件繪制后應該將元件設置在中心點，設置方法如下:編輯?設置參考點?中心。因為在 PCB 的繪制過程中，各個元件都是以中心點為移動和旋轉的參考點，如果元件偏離中心點太遠可能會導致無法放置到想要的位置。所以這點非常重要，初學者很容易遺漏～

　和元件原理圖一樣，元件封裝圖也可以在軟件自帶元件封裝庫中找到。由于元件封裝的命名有通用標準，我們只要知道所需繪制元件的封裝名即可在軟件自帶封裝庫中找到。

　本設計中所用到的元件封裝如附錄所示。

　3.7 PCB 板繪制及布線規則

　電路板設計的流程中最后一步就是 PCB 板的繪制，也是最為重要的一步，它的好壞將直接影響其電路的好壞。其布線原則十分復雜，需要擁有多年的電路設計經驗的人士才能熟練掌握的技巧，特別是在高頻電路尤為重要。因此，在這里不做過多討論，只對其基本原則進行討論。

　(1)元件布局

　雖然 Protel DXP 能夠自動布局，但是實際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進行 設計說明書內容

　布局時，一般遵循如下規則:

　1、按照電路功能布局

　如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。

　按照電路流程，安排各個功能電路單元的位置，使信號流通更加順暢和保持方向一致。

　以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排應該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間的引線和連接。數字電路部分應該與模擬電路部分分開布局。

　2、元件放置的順序

　首先放置與結構緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關和連接插件等。

　再放置特殊元件，例如發熱元件、集成電路等。

　最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。

　(2)網絡連接

　1、裝載了網絡表之后，在打開的 PCB 文件中執行 Design?Netlist?Edit nets命令，系統將彈出“網絡表管理器”對話框。

　2、此時，可以在 Net in Class 列表中選擇需要連接的網絡，然后雙擊該網絡名或者單擊下面的“Edit”按鈕，系統將彈出 Edit Net 編輯網絡對話框，此時可以選擇添加連接該網絡的元件引腳。

　(3)布線的規則

　1、線長:銅膜線應盡可能短，在高頻電路中更應該如此。銅膜線的不拐彎處應為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。當雙面板布線時，兩面的導線應該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。

　2、線寬:銅膜線的寬度應以能滿足電氣特性要求而又便于生產為準則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇 0.3mm。一般情況下，1~1.5mm 的線寬，允許流過 2A 的電流。例如地線和電源線最好選用大于 1mm 的線寬。

　3、線間距:相鄰銅膜線之間的間距應該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產，間距應該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。

　4、大面積填充:電路板上的大面積填充的目的有兩個，一個是散熱，另一個是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時產生的熱使電路板產生的氣體無處排放而使銅膜脫

　落，應該在大面積填充上開窗，后者使填充為網格狀。使用敷銅也可以達到抗干擾的目的，而且敷銅可以自動繞過焊盤并可連接地線。

　5、地線:盡量加粗地線。若地線很細，接地電位會隨電流的變化而變化，導致電子系統的信號受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應該盡量寬，一般以大于 1mm 為宜。

　(4)DRC 檢查規則

　當 PCB 板繪制完成后，要怎樣檢查其是否符合設計規格呢,這時就要用到“設計規則檢查”這項功能。DXP 提供了自動查錯功能，而其約束規則是由自己設定的。只要按照“布線規則”在“PCB 規則和約束編輯器”中找到相應的規則修改即可。里面幾乎包括了所有布線原則，如果在繪制的過程中違反了規則，系統將把錯誤的部分顯示為綠色，這時你就要想辦法將其修改。綠色導線即為不符合規則的導線。那么要如何將其改為正確的呢～答案很簡單，只要在“PCB 規則和約束編輯器”中找到導線寬度規則將其修改即可。具體操作如下:設計?規則，打開“PCB 規則和約束編輯器”找到 Design Rules?Routing?width。將其最小線寬和最大線寬做相應的修改即可解除錯誤。因此，規則是十分重要的，必須熟悉“PCB 規則和約束編輯器”中的各項參數的含義。

　(5)補淚滴設置

　一切工作做完之后，便可對整個 PCB 圖補淚滴以加固焊盤。可以通過執行選項命令工具?淚滴來進行設置。

　設計說明書內容

　四、設計結果與分析

　4.1 設計結果

　(1)PCB 圖

　 (2)原理圖

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　4.2 結果分析

　由 PCB 圖可以看出，PCB 板的長為 110mm，寬為 73mm，采用的是雙面板布線，頂層為紅線，底層為藍線，圖中的走線幾乎都是以芯片 ATmega1280 為核心，從始至終都圍繞著它進行布局布線，所以這些地方打的過孔也比較多，圖中有些元件相距較遠，導致兩個焊盤之間的距離較遠，所以有些導線拉的很長，但在布線時，也已盡最大的努力來避免類似的情況發生。圖中的另一個特點是走線的粗細不同，即地線>電源線>信號線。這種關系牽涉到一個很重要的問題，既使在整個 PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源線、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。所以我們對電源線、地線的布線非常慎重，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是:通常信號

　線寬為:0.2~0.3mm,最細寬度可達 0.05~0.07mm,電源線為 1~2.5 mm，以使電源線、地線所產生的噪音干擾降到最低限度，以保證板子的質量。

　PCB 圖畫出之后，原理圖的繪制問題也就迎刃而解，總體來看，本設計所用到的元件并不多，主要有 ATmega1280、FT232RL、L298N、FT232RT 等。在繪制原理圖時，可以用網絡標號代替導線，將整個電路模塊化，這里將其分為 5 個模塊，顯得簡單、明了。

　五、設計體會

　剛剛拿到板子的那一刻起，給我的第一印象就是全是密密麻麻的走線，腦子里一團霧水，仔細一看板子，發現上面的元器件大部分都標著名稱，于是我們就以這個線索為著眼點，開始搜集相關的信息。比如 ATmega1280、FT232RT、LM2576、L298N，這些元器件都是我們在課堂上沒有接觸過的，如果不把這些芯片的管腳功能及個數弄清楚，在布局布線時很容易出錯。當我們把陌生的元件資料搜集好之后，便開始利用 Protel DXP 軟件建立元件庫和封裝庫，封裝的尺寸可用尺子在PCB 板子上測量出來，元件庫中所畫元件的尺寸，能保證和原理圖中的其他元件相匹配就可以了。有些元件的封裝在庫中也能找到，但是我們還是要以實物為準，建立一個屬于自己的庫，只有這樣，才能為后續的布線工作做好充分的準備。

　基礎工作做好之后，我們就進入了一個非常重要的一個環節——添加元件和網絡連接，這是一項很艱巨的任務，需要對板子進行仔仔細細的觀察，不可放過和漏掉一條走線，由于要抄畫的板子是雙面板，所以兩面都有走線，這也為設計增添了不少障礙，只考人眼是不行的，這時萬用表便成了不可或缺的工具。確定了兩個元件之間的連接關系后，我們要人為的添加網絡連接，這一點老師在課堂上是強調過的，但是由于隔的時間比較久，我們都有些生疏了，幸虧課本上有相關步驟和方法，我們這才一步步的做出了所有元件的網絡連接。

　整個設計中最關鍵的一塊兒要數布線了，雙面板與單面板相比要容易一些，這其中少不了的是過孔，它的作用是連通各層之間的線路，當從頂層過度到底層時，

　一定不能忘記放過孔。雖然雙面板布線容易些，但是由于元件較多，也會出現階梯狀走線，無法保證短距離連線，這使得布局就沒那么美觀了。

　整個設計下來，確實花費了我們不少的功夫，我也明白了做任何事情都要有一定的恒心，絕不能因為難而放棄或半途而廢。總之，通過這段時間的琢磨和學習，我對如何使用 Protel DXP 繪制 PCB 圖又有了進一步提升。提高了對 DXP 這一軟件的熟練度，繪圖速度和看圖能力也有了很大提高，對電路圖的設計也有了新的見解，覺得自己正朝著電子工程師這一方向邁進。

　我們的設計能夠圓滿完成也要感謝老師，謝謝您對我們的精心輔導。

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