电子线路CAD实用教程-基于Altium-Designer平台第6章-印制电路板的设计初步-课件.ppt
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- 电子线路 CAD 实用教程 基于 Altium Designer 平台 印制 电路板 设计 初步 课件
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1、第6章 印制电路板设计初步第6章 印制电路板设计初步6.1 印制板种类及材料印制板种类及材料6.2 创建创建PCB文件启动文件启动PCB编辑器编辑器6.3 手工设计单面印制板手工设计单面印制板Altium Designer PCB基本操作基本操作6.4 沿圆弧均匀分布元件的放置沿圆弧均匀分布元件的放置 印制电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)编辑是电子产品设计过程中关键环节之一,编辑原理图的目的也是为了能够使用相关的CAD软件进行PCB板编辑、设计,因此在电子线路CAD中印制板设计才是最终目的。本章先介绍PCB设计概念、基本知识,以及Altium Designer
2、PCB编辑器的基本操作方法。有关PCB设计规则、PCB封装图设计方法等方面的知识可参阅本书后续章节。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.1 印制板种类及材料印制板种类及材料 印制板是印制线路板或印制电路板的简称,通过印制板上的印制导线、焊盘以及金属化过孔、填充区、敷铜区等导电图形实现元器件引脚之间的电气互连。由于印制板上的导电图形、元件轮廓线以及说明性文字(如元件序号、型号)等均通过印制方式实现,因此称为印制电路板。11/8/20226.1.1印制板材料印制板材料陶瓷基覆铜板如金属基覆铜板内玻璃布为玻璃布混合基覆铜板四氟如环玻璃布基覆铜板如如纸基覆铜板刚性印制板挠性印制板印制板分类
3、板、铁、铁基覆铝基覆铜板、铜基覆铜层为无纺玻璃纸表面为3,内层内层为棉纤维表面1乙烯烯玻璃布层压聚4-FR氧玻璃布层压板,3-FR环氧纸质层压板,1;-FR醛纸质层压板,),(CEM(CME 铜板主要性能指标有基板厚度(单位为mm)、铜箔厚度(以OZ为单位,含义是每平方英尺含多少盎司的金属铜。1盎司相当于28.35克,1英尺为12英寸,1英寸相当于25.4mm,而铜密度为8.9克/cm3)、铜膜抗剥强度、翘曲度、介电常数DK(越低越好)、介质损耗角正切tan(越小越好)、玻璃化温度Tg(越高越好)等。常用纸质、玻璃布覆铜箔层压板标准厚度在0.26.4mm之间,可根据电路板用途、绝缘电阻及抗电强
4、度等指标进行选择;铜箔标准厚度有0.5 OZ(18m)、1 OZ(35m)、1.5 OZ(50m)、2 OZ(70m)、3 OZ(105m)(误差为5m)。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.1.2印制板种类及结构印制板种类及结构 印制板种类很多,根据导电层数的不同,可将印制板分为单面电路板(简称单面板)、双面电路板(简称双面板)和多层电路板。(a)单面板 (b)双面板 (c)四层板11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.2 创建创建PCB文件启动文件启动PCB编辑器编辑器 在Altium Designer状态下,编辑、创建原理图的最终目的是为了编辑PCB印制板。在Alti
5、um Designer状态下,可通过如下方式之一创建新的PCB文件,进入PCB编辑状态。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.2.1 利用菜单命令创建利用菜单命令创建PCB文件文件 在Altium Designer状态下,执行“File”菜单下的“NewPCB”命令,即可创建新的、空白的PCB文件(.PcbDoc),并进入PCB编辑状态,如图6.2.1所示。图6.2.1 Altium Designer编辑器窗口 11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.2.2 利用利用PCB Document Wizard创建创建PCB文件文件 对于标准尺寸的印制板,如ISA、PCI总线扩展卡
6、,最好通过“Home”主页内的“Printed Circuit Board Design”(PCB设计)标签下的“PCB Document Wizard”(PCB文档创建向导)或“Create PCB Form Template”(用模板文件创建PCB文件)命令创建标准尺寸的PCB文件,然后借助原理图编辑器窗口内“Up PCB XXXX(更新PCB)”命令,把原理图中元件封装图、电气连接关系等信息直接装入指定的PCB文件中。PCB Document Wizard(PCB文档创建向导)功能完善,通过交互式对话方式引导操作者迅速创建PCB文件,操作过程如下:11/8/2022第6章 印制电路板设计
7、初步(1)单击“Home”主页内“Printed Circuit Board Design”(PCB设计)标签下的“PCB Document Wizard”,启动“PCB Board Wizard”向导,如图6.2.2所示。图6.2.2 PCB Board Wizard 11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(2)单击图6.2.2中的“Next”按钮,在图6.2.3所示窗口内,选择度量单位。图6.2.3 选择度量单位 11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(3)单击图6.2.3中的“Next”按钮,在图6.2.4所示窗口内,选择PCB板类型。图6.2.4 选择PCB板类型11/8/
8、2022第6章 印制电路板设计初步(4)选择PCB类型及尺寸后,在图6.2.6所示窗口内,选择PCB的板层结构。图6.2.6 选择板层结构 对于单面、双面板来说,信号层数量为2,内电源层数为0;对于四层板来说,信号层为2,内电源层数为2;对四层以上PCB板,需要根据板层结构设置。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(5)设置了板层结构后,在图6.2.7所示窗口内,设置过孔形式。图6.2.7 选择过孔形式 过孔形式选择操作仅对4层及以上PCB板有效。对于单面板来说,过孔不存在;对双面PCB板来说,所有孔一定是贯通孔。在4层及以上电路板中,优先选择贯通孔,优点是加工难度低,只是过孔占用的P
9、CB板布线区面积有所增加。当然,在布线密度很高的PCB板上,可能被迫选择盲孔,甚至埋孔。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(6)设置了过孔形式后,在图6.2.8所示窗口内,选择板上元件安装方式。图6.2.8 板上元件安装方式 11/8/2022(7)选择了板上元件安装方式后,在图6.2.9所示窗口内,设置基本布线参数。图6.2.9 设置基本的布线参数 此时基本上完成了PCB创建过程中的参数设置,确认无误后,单击“Finsh”按钮即可获得空白的PCB文件。不过值得注意的是:通过PCB Document Wizard创建的空白PCB文件位于Free Document文件夹内,并不隶属于任
10、何设计项目,保存后,需单击指定设计项目文件夹,并执行“Project”菜单下的“Add Existing To Project”命令,才能将保存在盘上特定文件夹下的PCB文件装入设计项目中。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.2.3 PCB编辑器界面编辑器界面 Altium Designer印制板编辑器界面如图6.2.1所示,菜单栏内包含了“File”(文件操作)、“Edit”(编辑)、“View”(浏览)、“Project”(项目)、“Place”(放置)、“Design”(设计)、“Tools”(工具)、“Auto Route”(自动布线)等,这些菜单及其命令的用途随后会逐一介
11、绍。与原理图编辑器相似,在印制板编辑、设计过程中,除了可使用菜单命令操作外,PCB编辑器也将一系列常用的菜单命令以工具“按钮”形式罗列在“工具栏”内,用鼠标单击“工具栏”内的某一“工具”按钮,即可方便、快捷地执行“工具”对应的操作。PCB编辑器提供了PCB标准工具栏(PCB Standard)、连线工具栏(Wiring)、实用工具箱(Utilities)等,必要时可通过“View”菜单下的“Toolbars”命令打开或关闭这些工具栏(箱)。缺省时这三个工具栏(箱)均处于打开状态。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步 连线工具(Wiring)窗口内包含了交互式连线、多路等长布线、差分连线
12、、焊盘、过孔、矩形填充区、多边形敷铜区等工具,如图6.2.10所示。连线工具(Wiring)窗口内的工具除文字工具外,其他工具均具有电气特性。图6.2.10 画线工具窗口内的工具 实用工具箱(Utilities)内中又包含了实用工具袋(Utilities Tools)、排列工具袋、尺寸注标工具袋等,功能相近的各种实用工具集中存放在相应的小工具袋中,如图6.2.11所示。实用工具栏内的工具一般不具有电气特性。图6.2.11 实用工具窗口内的工具 11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.2.4 PCB面板面板 PCB面板作用类似于Protel 99 SE中的PCB浏览器,借助PCB面板可以
13、非常方便地查找或编辑PCB设计文件中的Components(元件)、Nets(节点)、polygons(多边形敷铜区)、Rules and Violations(设计规则与违反设计规则信息)、Hole Size Editor(孔尺寸编辑)、Differential Pairs Editor(差分走线编辑)、From-To Editor、Split Plance Editor(分离内电层编辑)等。PCB面板显示的信息内容与当前浏览对象有关,如图6.2.12所示,单击“浏览对象选择框”下拉按钮,即可选择相应的浏览对象,如Components(元件)、Nets(节点)、“polygons”(多边形敷
14、铜区)、“Rules and Violations”(设计规则与违反设计规则)、“Hole Size Editor”(孔尺寸编辑)等。11/8/2022图6.2.12 不同浏览对象对应的浏览窗 浏览对象的选择又与当前操作状态有关,在手工调整元件布局过程中,可选择“Components”(元件)作为浏览对象;在手工布线过程中,选择“Nets”(节点)作为浏览对象更方便连线;在检查穿通元件焊盘孔径大小过程中,可选择“Hole Size Editor”(孔径尺寸编辑)作为浏览对象;而在设计规则设置及编辑、检查及纠正违反设计规则错误操作过程中,需选择“Rules and Violations”(设计规
15、则与违反规则)作为浏览对象。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步6.3 手工设计单面印制板手工设计单面印制板Altium Designer PCB基本操作基本操作 为了便于理解PCB编辑器的基本概念,掌握PCB设计的基本操作方法,下面以手工设计图2.4.25所示电路的印制板为例,介绍Altium Designer PCB印制板编辑器的基本操作方法。掌握手工布局、布线技能非常必要,因为无论EDA软件自动布局、布线功能如何完善,它也无法适应不同功能、用途、不同工作频率、不同电磁兼容要求的电路板。其实一块散热良好、抗干扰性强、布局及布线合理、满足生产工艺要求的PCB板,在完成电原理图编辑后,
16、往往通过手工方式完成布局、布线。11/8/20226.3.1 工作层概念及颜色配置工作层概念及颜色配置 执行“Design”菜单下的“Board Layers&Colors”(板层及颜色)命令,即刻弹出如图6.3.1所示“View Configuration”(浏览配置)窗,可以在该窗口打开或关闭某一工作层,或重新选择工作层的颜色(可修改,但不建议改变板层颜色)。图图6.3.1 单面及双面单面及双面PCB编辑器视图配置编辑器视图配置 11/8/2022第6章 印制电路板设计初步直接单击PCB编辑区左下角“当前层颜色”标签,也可以进入图6.3.1所示的视图配置窗口。1.工作层含义(1)Signa
17、l Layers(信号层)Altium Designer PCB编辑器最多支持32个信号层,去掉图6.3.1中“Signal Layers”(信号层)下方“Only show layers in layers stack”(仅显示处于允许状态的板层)复选项前的“”号,即可看到全部的信号层,其中:Top Layer(顶层),即元件面,是元器件主要的安装面。Bottom Layer(底层),即焊锡面,主要用于布线。MidLayer1MidLayer30是中间信号层,用于放置信号线。只有六层以上的多层电路板才需要在中间信号层内布线(对于双面板来说,不存在中间信号层,如图6.3.1(a)所示;而对于4
18、层板来说,中间两层分别是内电源层和内地线层,也不存在中间信号层)。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(2)Internal Planes(内电源/地线层)Altium Designer PCB编辑器最多支持16个内电源/地线层,主要用于放置电源/地线网络。在4层及以上PCB板中,信号层中需要与电源或地线相连的印制导线可借助穿通封装元件引脚焊盘或过孔与内电源/地线层相连,极大地减少了电源/地线的连线长度。另一方面,在多层电路板中,可充分利用内地线层对电路板中容易产生电磁辐射或受干扰部位(连线或器件)进行屏蔽,使电磁兼容指标满足设计要求。(3)Mechanical Layers(机械层)
19、机械层没有电气特性,主要用于放置电路板上一些关键部位的注标尺寸信息、印制板机械边框。Altium Designer允许同时使用多达16个机械层,但一般只需使用12个机械层。例如,将印制板边框等放在机械层4(Mechanical4)内;而注标尺寸、注释文字等放在机械层1内,打印时不一定要套叠打印。(4)Mask(掩模层)包括Solder Mask(阻焊层)和Paste Mask(焊锡膏层)。11/8/2022第6章 印制电路板设计初步(5)Silkscreen(丝印层)通过丝网印刷方式将元件外轮廓线、序号以及其他说明性文字印制在元件面或焊锡面上,以方便电路板生产过程中的贴片和插件操作,以及焊接后
20、的检查和维修。丝印层一般放在顶层(Top Overlayer),但对于故障率较高、需要经常更换元件的电子产品,如电视机、计算机显示器、打印机等的主机板在元件面和焊锡面内均可设置丝印层。11/8/2022电路板层数工作层用途说明单面板元件面(Top Layer)穿通元件安装面丝印层放置元件序号、参数等说明性文字焊锡面(Bottom-Layer)布线层布线及少量表面封装元器件的安装面阻焊层锡膏层可选在焊锡面上含有表面封装元件时才需要丝印层可选一般不需要,只有经常维修的电路板,才考虑在焊接面上设置丝印层禁止布线层确定布线区确定元件封装图装入、布线范围,即电气边框。钻孔层元件焊盘孔、电路安装固定孔位信
21、息主要用于指导钻孔。在PCB编辑过程中,可暂时不打开12个机械层绘制印制板边框双面板元件面(Top Layer)元件安装面放置元器件及布线丝印层放置元件序号、参数等说明性文字阻焊层锡膏层可选含表面封装元件需要焊锡面(Bottom-Layer)布线层阻焊层焊锡膏层可选一般元件不安装在焊锡面内,因此无须在焊锡面内设置焊锡膏层多层放置穿通式焊盘、过孔包含所有打开的工作层禁止布线层放置布线区确定元件封装图布局和布线区域钻孔层元件焊盘孔、电路安装固定孔位信息主要用于指导钻孔。在PCB编辑过程中,可暂时不打开12个机械层绘制印制板边框单面板、双面板所需工作层如表6.3.1所示。表6.3.1 单面、双面电路
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