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1、任务3：三极管放大电路PCB图的设计任务任务3：三极管放大电路：三极管放大电路PCB图的设计图的设计 1. 1. 任务描述任务描述 本任务是绘制三极管放大电路PCB板图并进行3D显示。通过本任务的学习，了解印制电路板胡相关知识；掌握通过向导创建PCB板文件的方法；了解PCB板的物理结构，掌握PCB板环境参数设置方法；会用封装管理器检查所有元件的封装；能够将原理图信息导入到目标PCB文件中；掌握在PCB板文件中调整元件封装的方法；掌握PCB板的手工布线以及导线宽度及走线角度的调整方法；能够在3D模式下查看PCB电路板的实际设计情况。 2. 2. 任务实现任务实现2.1 2.1 印制电路板的基础知
2、识印制电路板的基础知识 印制电路板的种类 单面板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面焊接元件和布线，适用于简单的电路设计。如图1-44所示为单面PCB板实例。 单面单面PCBPCB板实例板实例 双面板 双面板包括顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板。双面双面PCBPCB板实例板实例 多层板 为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，
3、通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。多层多层PCBPCB板板 元件的封装 元器件封装分类。按照元件安装方式，元件封装可以分为直插式和表面粘贴式两大类。 穿孔安装式元件外型及其穿孔安装式元件外型及其PCBPCB焊盘焊盘 表面粘贴式封装的器件外型及其表面粘贴式封装的器件外型及其PCBPCB焊盘焊盘 元器件封装的编号。常见元件封装的编号原则为：元件封装类型 + 焊盘距离（焊盘数）+ 元件外型尺寸。可以根据元件的编号来判断元件封装的规格。 例如 AXIAL-0.3 DIP14 RAD0.1 RB7.6-15 等
4、。 电阻类：电阻类：普通电阻AXIAL-XX,其中XX表示元件引脚间的距离。 可变电阻类：可变电阻类：元件封装的编号为VRX, 其中X表示元件的类别。 电容类：电容类：非极性电容 编号RAD XX,其中XX表示元件引脚间的距离。 极性电容：极性电容：编号RBXX-YY，XX表示元件引脚间的距离，YY表示元件的直径。 二极管类：二极管类：编号DIODE-XX,其中XX表示元件引脚间的距离。 晶体管类：晶体管类：器件封装的形式多种多样。 集成电路类：集成电路类：有SIP单列直插封装和DIP双列直插封装。 铜膜导线 是指 PCB 上各个元器件上起电气导通作用的连线，它是 PCB 设计中最重要的部分。
5、对于印制电路板的铜膜导线来说，导线宽度和导线间距是衡量铜膜导线的重要指 标，这两个方面的尺寸是否合理将直接影响元器件之间能否实现电路的正确连接关系。印制电路板走线的原则： 走线长度：走线长度：尽量走短线，特别对小信号电路来讲，线越短电阻越小，干扰越小。 走线形状：走线形状：同一层上的信号线改变方向时应该走 135的斜线或弧形，避免 90的拐角。 走线宽度和走线间距：走线宽度和走线间距：在 PCB 设计中，网络性质相同的印制板线条的宽度要求尽量一 致，这样有利于阻抗匹配。 焊盘 圆形、方形和八角形，常见的焊盘如图所示。焊盘有针脚式和表面粘贴式两种，表面粘贴式焊盘无须钻孔；而针脚式焊盘要求钻孔，它
6、有过孔直径和焊盘直径两个参数。通常，引脚的钻孔直径 = 引脚直径 +（1030mil）；引脚的焊盘直径 = 钻孔直径 + 18mil。 常见焊盘常见焊盘 助焊膜和阻焊膜 为了使印制电路板的焊盘更容易粘上焊锡，通常在焊盘上涂一层助焊膜。另外，为了防止印制电路板不应粘上焊锡的铜箔不小心粘上焊锡，在这些铜箔上一般要涂一层绝缘层（通常是绿色透明的膜），这层膜称为阻焊膜。 过孔 双面板和多层板有两个以上的导电层，导电层之间相互绝缘，如果需要将某一层和另一层进行电气连接，可以通过过孔实现。过孔主要有穿透式和盲过式两种形式。 丝印层 除了导电层外，印制电路板还有丝印层。丝印层主要采用丝印印刷的方法在印制电路
7、板的顶层和底层印制元件的标号、外形和一些厂家的信息。 2.2 2.2 创建一个新的创建一个新的PCBPCB文件文件 在Files面板的底部的“从模板新建文件”单元单击“PCB Board Wizard”创建新的PCB文件。如果这个选项没有显示在屏幕上，单击向上的箭头图标关闭上面的一些单元。 PCB Board Wizard打开。设计者首先看见的是介绍页,点击“下一步”按钮继续。 PCBPCB板向导介绍页板向导介绍页 打开绘图PCB板单位选择对话框，选择英制（Imperial）单位。注意：1000 mils = 1 inch(英寸)、 1 inch=2.54cm（厘米）。点击“下一步”按钮继续。
8、 选择选择PCBPCB板单位对话框板单位对话框 打开“选择板剖面”对话框，选择“Custom”自定义PCB板规格。点击“下一步”按钮继续。 选择选择PCBPCB模板对话框模板对话框 打开PCB板“选择板详细信息”对话框。在该对话框中设置的参数包括：PCB板的外形，有3种可选择，“矩形”、“圆形”和“定制的”；板尺寸；尺寸层；边界线宽；尺寸线宽；与板边缘保持的距离等。 PCBPCB板形状设置对话框板形状设置对话框 打开“选择板层”对话框。在此，设计者需要设置信号层和电源平面的层数。一般，若设计的PCB为双面板，应将信号层的层数设置为2，将电源平面的层数设置为0。我们这里设置为双面板。点击“下一步
9、”按钮继续。 设置设置PCBPCB板板层对话框板板层对话框 打开“选择过孔类型”对话框。“仅通过的过孔”用于双面板，“仅盲孔和埋孔”用于多面板。这里我们选择“仅通过的过孔”。 点击“下一步”按钮继续。 设置设置PCBPCB板过孔类型对话框板过孔类型对话框 打开“选择组件和布线工艺”对话框。当PCB大多数元件的封装类型为表贴型封装时，设计者选择“表面装配元件”单选按钮。当PCB大多数元件的封装类型为直插式封装时，设计者选择“通孔元件”单选按钮，接着在下面设置相邻焊盘间允许的走线数目。这里选择“通孔元件”和 “一个轨迹”。 点击“下一步”按钮继续。 主体元件封装类型和布线逻辑对话框主体元件封装类型
10、和布线逻辑对话框 打开“选择默认导线和过孔尺寸”对话框。在这里可以对PCB的走线最小线宽、最小过孔宽度、最小孔径大小和最小走线间距进行设置，单击每一项对应的蓝色尺寸即可输入数据。这里采用系统默认值。点击“下一步”按钮继续。 导线及过孔的相关设置对话框导线及过孔的相关设置对话框 进入PCB板完成界面。单击“完成”按钮，完成PCB文件的创建。 PCBPCB板向导完成对话框板向导完成对话框 此时，系统根据前面的设置自动生成一个默认名为“PCB1.PcbDoc”的文件，同时进入PCB编辑环境。 保存并重新命名该PCB文件为：三极管放大电路电路板。 新建的新建的PCBPCB文件文件 2.3 PCB2.3
11、 PCB板的物理结构及环境参数设置板的物理结构及环境参数设置 PCB板的板层 在电路板绘图工作区下方显示各工作层面的标识，单击可以打开相应的工作层面。单击菜单栏“设计”“板层颜色”，可以打开“视图配置”对话框。 系统所有层的显示系统所有层的显示 信号层（信号层（Signal LayersSignal Layers）：）：即铜箔层，用于完成电气连接。32个信号层，图中仅仅显示了当前PCB中所存在的信号层，即Top Layer和Bottom Layer。 内电层（内电层（Internal PlanesInternal Planes）：）：也属于铜箔层，共有16个内电层，用于布置电源线和地线。 机械
12、层（机械层（Mechanical LayersMechanical Layers）：）：提供了16个机械层。机械层一般用于放置有关制板和装配方法的指示性信息。 掩膜层（掩膜层（Mask LayersMask Layers）：）：防护层用于保护电路板上不需要上锡的部分。掩膜层有阻焊层（Solder Mask）和锡膏防护层（Paste Mask）之分。阻焊层和锡膏防护层均有顶层和底层之分，即Top Solder、Bottom Solder、Top Paste和Bottom Paste。 丝印层（丝印层（SilkscreenSilkscreen）：）：有2个丝印层，顶层丝印层（Top Overlay
13、）和底层丝印层（Bottom Overlay）。丝印层只要用于绘制元件的外形轮廓、放置元件的编号或其他文本信息。 其它层（其它层（Other LayersOther Layers）：）：其中包括，“Drill Guide”钻孔位置层和“Drill Drawing”钻孔图层，用于描述钻孔图和钻孔位置；“Keep-Out Layer”禁止布线层，用于定义布线区域，只有在这里只有在这里设置了闭合的布线范围，才能启动自动布线功能设置了闭合的布线范围，才能启动自动布线功能；“Multi-Layer”多层，该层用于放置穿越多层的PCB元件，也用于显示穿越多层的机械加工指示信息。 参数设置单击菜单栏中的“工
14、具”“优先选项”命令，系统将弹出 “参数选择”对话框，在对话框中可以对一些与PCB编辑窗口相关的参数进行设置，设置后的系统参数将用于当前工程的设计环境，并且不会随PCB文件的改变而改变。 “参数选择参数选择”对话框对话框 电路板参数设置选取“设计”菜单下的“板参数选项”选项，进入电路板尺寸参数设置对话框。“板选项板选项”选项卡设置选项卡设置 “度量单位度量单位”：系统单位设定，可以选择为“Imperial”英制单位或是“Metric”公制单位。“跳转栅格跳转栅格”：光标捕捉栅格，即光标捕获图件时跳跃的最小栅格，在其下的“X”、 “Y”文本框内填入捕获网络的栅格值。“组件栅格组件栅格”：元件步进
15、栅格，在进行元件布局时，移动元件步进的距离大小设置。取与“跳转栅格”相同的设置。“电气栅格电气栅格”：利用电气栅格，可以捕捉到栅格附近的图件，并以栅格大小为单位进行移动。将其都设置为40mil，在绘图中可以根据需要更改。“可视化栅格可视化栅格”：即图纸背景栅格的大小。“标记”中用来设置栅格的形式，可以选择“Dots”点式栅格或“Lines”线式栅格，还可分别设置可视网格1和可视网格2的尺寸大小。“块位置块位置”：该区域用于设置图纸的位置，包括X轴坐标、Y轴坐标、宽度、高度等参数。 2.4 2.4 用封装管理器检查所有元件的封装用封装管理器检查所有元件的封装在原理图编辑器内，执行“工具”“封装管
16、理器”命令，打开 “封装管理器”对话框。在该对话框的元件列表区域，显示原理图内的所有元件。单击选择每一个元件，当选中一个元件时，在对话框的右侧的封装管理编辑框内，设计者可以添加、删除、编辑当前选中元件的封装。“封装管理器封装管理器”对话框对话框 2.5 2.5 导入设计导入设计 打开原理图文件“三极管放大电路.SchDoc”。 在原理图编辑器中选择“设计”“Update PCB Document三极管放大电路电路板.PcbDoc”命令，打开“工程变更命令”对话框。 “工程变更命令工程变更命令”对话框对话框 单击“生效更改”按钮，验证一下有无不妥之处，如果执行成功则在状态列表“检测”中会显示符号
17、 ；若执行过程中出现问题会显示符号 ，关闭对话框。若有错误，检查“Messages”错误信息面板查看错误原因，并清除所有错误。 “Messages”“Messages”错误信息面板错误信息面板 如果单击“生效更改”按钮，没有错误，则单击“执行更改”按钮，将信息发送到PCB。 PCBPCB中能实现的合乎规则的更改中能实现的合乎规则的更改 当完成后，状态列表“Done”中将被标记符号 。 执行更改操作执行更改操作 单击“关闭”按钮，目标PCB文件打开，并且元件放在PCB板边框的外部右侧。如果设计者在当前视图不能看见元件，单击菜单栏“察看”“适合文件”查看文件。 信息导入到信息导入到PCB PCB
18、PCB文档显示了一个默认尺寸的白色图纸，要关闭图纸，选择“设计”“板参数选项”命令，打开“板选项”对话框，取消选择“显示方块”选项，单击“确定”按钮，关闭对话框，就可以取消默认的白色图纸。“板选项板选项”对话框对话框 2.6 2.6 印刷电路板（印刷电路板（PCBPCB）设计）设计 在PCB中放置元件 元件暗红色底色区域为“元件屋”，鼠标左键点击住“元件屋”将封装整体拖入到PCB板，然后删除“元件屋”。也可手动单个拖动，但效率低。 元件拖入到元件拖入到PCBPCB板板 调整封装位置。将鼠标放在封装（例如电容C1）中部，按下左键不放，鼠标会变成一个十字并跳到元件的参考点。 不要松开左键，移动鼠标
19、拖动元件。 拖动元件时，按下Space（空格）键，元件90旋转，元件定位好后，松开左键将其放下，注意元件的飞线将随着元件被拖动，尽量减少飞线的交叉，并且使飞线距离最短。 按以上原则调整好所有元件。 调整元件位置调整元件位置 修改封装现在已经将封装都定位好了，但电容的封装尺寸太大，需要改为更小尺寸的封装。在PCB板上双击电容C1，弹出“元件 C1”对话框，在对话框下部“封装”栏单击按钮 。 “元件元件 C1 ”C1 ”对话框对话框 弹出“浏览库”对话框，选择RAD-0.1，单击“确定”按钮即可“浏览库浏览库”对话框对话框 依次修改电容C2、C3，现在设计者的PCB板如图所示，电路板上的很细的焊盘
20、之间连线（飞线）为预拉线预拉线，指示焊盘间的电气连线特性，当两焊盘之间正确布线后，预拉线自动消失。 布好元件的布好元件的PCBPCB板板 手动布线 用快捷键 L 以显示“视图配置”对话框，在“板层和颜色”页面下的“信号层”区域中选择在Bottom Layer旁边的“展示”选项，取消Top Layer旁边的“展示”选项。 选择底层布线选择底层布线 在菜单栏中单击“放置”“Interactive Routing”命令（快捷键P，T）或者单击“放置”（Placement）工具栏的 按钮，鼠标变成十字形状，表示设计者处于导线放置模式。 放置导线工具放置导线工具 检查文档工作区底部的层标签，如果激活的不
21、是Bottom Layer层标签，按数字键盘上的“+”、“-”键，在不退出走线模式下切换到底层。数字键盘上的“*”键可用在信号层Top Layer层和Bottom Layer层之间的切换。 将光标定位在连接器P1的第4个焊盘（选中焊盘后，焊盘周围有一个小框围住）。单击或按Enter键，以确定线的起点。 将光标定位在连接器P1的第4个焊盘（选中焊盘后，焊盘周围有一个小框围住）。单击或按Enter键，以确定线的起点。 将光标移向电阻R3的焊盘.注意线段是如何随光标路径在检查模式中显示的。状态栏显示的检查模式表明它们还没有被放置。 Ctrl+单击，使用Auto-Complete功能，并立即完成布线（
22、此技术可以直接使用在焊盘或连接线上）。起始和终止焊盘必须在相同的层内布线才有效，同时还要求板上的任何的障碍不会妨碍Auto-Complete的工作。 使用Enter键或左击鼠标来接线，设计者可以直接对目标R3的引脚接线。在完成了一条网络的布线，右击或按ESC键表示设计者已完成了该条导线的放置。光标仍然是一个十字形状，表示设计者仍然处于导线放置模式，准备放置下一条导线。 单击某一欲放置导线的焊盘后，按Tab键，弹出网络交互式布线对话框，“属性”及“线宽约束”项如图1-79所示，修改“属性”区域的“User preferred Width”栏为需要导线宽度，单击交互式布线对话框下方的“确定”按钮，
23、即可按要求的导线宽度布线。Interactive Routing For NetInteractive Routing For Net（网络交互式布线）对话框（网络交互式布线）对话框 如果点击“确定”按钮后，弹出违反规则对话框，说明所设导线宽度超出了布线约束规则。 违反规则对话框违反规则对话框 单击 “线宽约束”区域的“编辑宽度规则”按钮，弹出“编辑PCB导线最大最小宽度规则”对话框。 “编辑编辑PCBPCB导线最大最小宽度规则导线最大最小宽度规则”对话框对话框 导线宽度也可布线完成后修改。双击已经布好的线，弹出导线对话框，修改宽度值即可。注意此处违反线宽规则不能修改，违反规则约束的导线呈亮绿
24、色，修改需要在“PCB规则及约束编辑器”中进行。 导线对话框导线对话框 未被放置的线用虚线表示，被放置的线用实线表示。 使用上述任何一种方法，在板上的其他元器件之间布线。在布线过程中按Space键将线段起点模式切换到水平/45/垂直模式。 如果认为某条导线连接得不合理，可以删除这条线：方法选中该条线，按Delete键来清除所选的线段，该线变成飞线。然后重新布这条线。 完成PCB上的所有连线后，右击或者按ESC键以退出放置模式。 完成手动布线的完成手动布线的PCBPCB板板 保存设计（快捷键为F,S 或者CtrlS）。 布线的时候请记住以下几点： 单击或按Enter键，来放置线到当前光标的位置。
25、状态栏显示的检查模式代表未被布置的线，已布置的线将以当前层的颜色显示为实体。 在任何时候使用Ctrl键十单击来自动完成连线。起始和终止引脚必须在同一层上，并且连线上没有障碍物。 使用ShiftSpace来选择各种线的角度模式。角度模式包括：任意角度，45，弧度45，90和弧度90。导线尽可能不要布成锐导线尽可能不要布成锐角和直角。角和直角。 导线的各种角度模式导线的各种角度模式 在任何时间按End键来刷新屏幕。 在任何时间使用V，F键重新调整屏幕以适应所有的对象。 在任何时候按Page UP或 Page Down键，以光标位置为核心，来缩放视图。使用鼠标滚轮向上边和下边平移。按住Ctrl键，用
26、鼠标滚轮来进行放大和缩小。 当设计者完成布线并希望开始一个新的布线时，右击或按ESC键。 为了防止连接了不应该连接的引脚。Altium Designer将不断地监察板的连通性，并防止设计者在连接方面的失误。 重布线是非常简便的，当设计者布置完一条线并右击完成时，冗余的线段会被自动清除。 2.7 2.7 在在3D3D模式下查看电路板设计模式下查看电路板设计 在完成的PCB板的基础上，单击菜单栏“工具”“Legacy Tools”“3D显示”，显示电路板的3D模式。 PCBPCB板的板的3D3D显示效果图显示效果图 单击鼠标左键，点击住PCB3D面板中的预览器电路板。 PCB3DPCB3D面板面板 不松手拖拽，工作区的3D效果图会跟着任意角度旋转。在3D效果图上可以看到PCB电路板的全貌，可以在设计阶段修改一些错误，有利于缩短设计周期及降低成本。 观察观察PCBPCB板的板的3D3D效果图的全貌效果图的全貌 如果工作区左侧未显示PCB3D面板，单击工作区右下角的“PCB 3D”就可打开PCB3D面板，如图1-88所示。 打开打开PCB3DPCB3D面板面板