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PCB設計大講堂:自制印刷電路板第二篇-布線

發(fā)布時間 :2018-03-28 15:47 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
在這三篇教學系列文章中,我們介紹了CadSoft的免費熱門軟體EAGLE印刷電路板設計套件的使用方式,透過設計基本的Arduino類AVR微控制器開發(fā)板(特別是Modern Device的保羅?巴德格設計的RBBB),我們將會慢慢抓到使用這個軟件的訣竅。在第一篇文章中,我們教導你如何繪制電路原理圖,并且使用EAGLE內建的電路規(guī)則檢查(ERC)來確認原理圖的設計。在這篇文章中,我們將會教你如何建立實體的開發(fā)板并且使用真正的銅制線路來建構迴路。
 
只要你的電路原理圖通過電器規(guī)則檢查,就可以開始淮備電路板的布線了。你可以在「設計規(guī)則檢查(Design Rule Check)」中指定規(guī)則,讓EAGLE使用特定的工具自動幫你布線。在這篇文章里,我將不會探討自動布線和手動布線的優(yōu)劣。不過試試看手動布線并多加練習,會是一個好主意,也是我們接下來要進行的事情。
 
1. 開始
當你淮備好后,選擇「檔案(File)」→「切換至電路板(Switch To Board)」,電腦將會詢問你是否要使用布線編輯器(Layout editor),來制作一塊新的電路板。從現(xiàn)在開始,不管在執(zhí)行哪一個步驟時,你都會需要同時開啟電路原理圖和電路圖路板這兩個視窗,EAGLE只有在兩個視窗同時開啟時才有辦法持續(xù)執(zhí)行同步化的作業(yè)。
第一次執(zhí)行布線編輯器時,你會發(fā)現(xiàn)有兩個區(qū)塊,左邊的區(qū)塊非常混亂,而右邊的區(qū)塊則是一個長方形的工作區(qū)域,EAGLE免費版會限制你的工作區(qū)域在4” x 3.2”的范圍內,如果你試圖將元件擺放在工作區(qū)外的話,就會跳出警示訊息。
第一次執(zhí)行布線編輯器時,你會發(fā)現(xiàn)有兩個區(qū)塊,左邊的區(qū)塊非常混亂,而右邊的區(qū)塊則是一個長方形的工作區(qū)域,EAGLE免費版會限制你的工作區(qū)域在4” x 3.2”的范圍內,如果你試圖將元件擺放在工作區(qū)外的話,就會跳出警示訊息。
 
在布線視窗上,黑色的線代表著實體電路板的邊界,因為我們設計的是一個真實存在的東西,所以第一步就是劃出它的真實邊界。RBBB的長和寬是分別是0.6和3.0英吋,這對必須要塞進所有元件并空出一些位置拿來標記的電路板來說,這幾乎是最小空間了。
 
在工具欄上選擇繪制直線的工具,并像上圖所示,在布線視窗上畫出電路板的輪廓,這樣就定義出電路板上的線路邊界了。你也可以把輪廓畫的非常複雜,只要你能牢記修邊刀(router bit)的使用限制。
 
注:就像在設計原理圖時一樣,使用網格(Grid)工具并保持一致的尺寸間隔是非常重要的,一般的經驗法則:「盡可能地讓你的柵格間隔愈大愈好,直到你必須使用更精細的尺度為止。」而在布線的時候,你會需要將網格的尺寸設定在0.025英吋。選擇「檢視(View Menu)」→「網格(Grid)」,馬上動手設定網格的尺寸吧。
 
2. 電源回路
現(xiàn)在,將部分的元件移動到黑框內的電路板工作區(qū)上,點擊元件上的十字交叉線來移動該元件,十字交叉線代表元件的原始位置,它們座落在屬于自己的tOrigins圖層和bOrigins圖層上。如果這些圖層沒有顯示出來的話,你將無法點擊十字交叉線來移動元件。
如同第一篇的步驟,我們將從電源迴路開始著手,移動電源插座(Power Jack)、電壓調整器、二極體、兩個電容和輔助接頭JP1到如上圖所示的位置。
2.1. 如同第一篇的步驟,我們將從電源迴路開始著手,移動電源插座(Power Jack)、電壓調整器、二極體、兩個電容和輔助接頭JP1到如上圖所示的位置。事實上,它們的位置精不精確并不是非常重要的事情,你只要保持元件跟最右邊的電路板邊界距離0.9英吋就好。
 
你會發(fā)現(xiàn)黃色的線穿梭在不同的元件之間,它們代表尚未布線的連結,對應原理圖上不同元件間的連結關系,所以當你移動元件的時候黃色的線也會跟著移動。當你在擺放元件時,要注意元件間的連結關系使用「旋轉(Rotate)」工具來讓連結點更接近、更容易布線。舉例來說,我們可以將這邊的二極體轉一個方向來縮短和47μF電容間的連結距離。
當你在擺放元件時,要注意元件間的連結關系使用「旋轉(Rotate)」工具來讓連結點更接近、更容易布線。舉例來說,我們可以將這邊的二極體轉一個方向來縮短和47μF電容間的連結距離。
2.2.  一般來說,先把所有元件放置定位再來布線是個不錯的想法,但是在現(xiàn)在這個例子里,我們可以隨著進度一邊定位一邊布線。選擇「手動布線(Route Manually)」工具,并選擇預設線寬16密耳(mil),選擇背面(Botton Layer),然后點擊電源連接器最上面的連結點。這是一個接地的連結點,點擊之后你將會發(fā)現(xiàn)周圍其他的接地連結點會突顯出來。
 
接地連結點的布線情形如下圖所示,利用這個練習來避免電路連線銳角化的產生是一個不錯的選擇,你可以在工具列中的彎曲線路(Wire Bend)選項里改變各種布線的變化。
接地連結點的布線情形如下圖所示,利用這個練習來避免電路連線銳角化的產生是一個不錯的選擇,你可以在工具列中的彎曲線路(Wire Bend)選項里改變各種布線的變化。
2.3. 下一步,進行布線并連接各個電源供應的連結點。
2.3. 下一步,進行布線并連接各個電源供應的連結點。
2.4. 將0.1μF電容、1K電阻器和LED指示燈移動到電路板工作區(qū)上,使用旋轉工具將它們放到適當?shù)奈恢蒙?,然后進行布線。
 
3.  通用型輸出輸入針腳(The GPIO Pins)
 將ATmega微控制器、三個GPIO排針(JP2, JP3, JP4)和諧振器(resonator)排置如上圖所示。
3.1. 將ATmega微控制器、三個GPIO排針(JP2, JP3, JP4)和諧振器(resonator)排置如上圖所示。
 
注:
     1.將微控制器的半圓形凹槽朝向左邊,這樣可以標示出側邊的針腳1。
     2.確保排針恰好離y軸的中心線0.5英吋的距離,這樣它們就可以完美地橫跨安裝在標淮型麵包板的中央凹槽上。
     3.根據(jù)原理圖的排針連結方式,確保排針的擺放方向正確,你可能會需要用到旋轉工具。JP2應該要讓+5V的針腳在最左邊、JP3是RESET針腳在最左邊,而JP4則是D4針腳在最左邊。
     4.諧振器應擺放在ATmega微控制器的針腳8、9和10旁邊,在共鳴器和微控制器中間的高頻信號線應該要愈短愈好,此外,其它的信號線應該要遠離這個區(qū)域且配置在諧振器的下方,這樣做是為了防止不必要的無線電波干擾。
 諧振器應擺放在ATmega微控制器的針腳8、9和10旁邊,在共鳴器和微控制器中間的高頻信號線應該要愈短愈好,此外,其它的信號線應該要遠離這個區(qū)域且配置在諧振器的下方,這樣做是為了防止不必要的無線電波干擾。
3.2. 開始幫電路板正面布上信號線和電源線吧。另外一個經驗法則是,如果可以的話盡量讓接地線保持在電路板的背面,這樣它們就可以在可能范圍內和最大的接地面連結在一起。
 如果可以的話盡量讓接地線保持在電路板的背面,這樣它們就可以在可能范圍內和最大的接地面連結在一起。
3.3. 將電路板背面所有的接地連結點連結在一起。
 
4. 重置開關和序列排針(Serial Header)
到目前為止,你應該只剩下四個部分還未進行布線,10K重置上拉電阻器、重置電容和1×6的序列排針。
 到目前為止,你應該只剩下四個部分還未進行布線,10K重置上拉電阻器、重置電容和1×6的序列排針。
4.1. 把剩下的元件移動到電路板工作區(qū)上。
 4.1. 把剩下的元件移動到電路板工作區(qū)上。
4.2. 然后在電路板的背面進行布線。
 4.2. 然后在電路板的背面進行布線。
4.3. 如上圖所示,在電路板的正面幫三個信號線進行布線。
 
5. 增加電路通道(Via)
現(xiàn)在,你的螢幕上應該還剩下兩條尚未布線的黃色信號線。要在電路板正面進行+5V信號線連結和其他連結點的布線工作是非常容易的,而重置信號線(信號線用來連結電路板正面左邊的重置開關)需要經過一個可以通過電路板正反兩面的電路通道,這個通道是一個可以讓電路板正反兩面線路連接的一個小孔。
 要在電路板正面進行+5V信號線連結和其他連結點的布線工作是非常容易的,而重置信號線(信號線用來連結電路板正面左邊的重置開關)需要經過一個可以通過電路板正反兩面的電路通道,這個通道是一個可以讓電路板正反兩面線路連接的一個小孔。
5.1. 為了要創(chuàng)造一個電路通道,首先要先點擊重置開關的連結點進行布線,在電路板的背面繪制線路直到其它線路前的乾淨區(qū)域。
 為了要創(chuàng)造一個電路通道,首先要先點擊重置開關的連結點進行布線,在電路板的背面繪制線路直到其它線路前的乾淨區(qū)域。
5.2. 繼續(xù)維持布線工具在使用中的狀態(tài),到工具列將工作區(qū)域變更到電路板正面(Top Layer),完成最后電路板正面的布線工作。
 繼續(xù)維持布線工具在使用中的狀態(tài),到工具列將工作區(qū)域變更到電路板正面(Top Layer),完成最后電路板正面的布線工作。
注:當你繪制完這條線路之后,你會發(fā)現(xiàn)電路板上出現(xiàn)如上圖所示的微小電路通道。
 
 你可以在元件定位或是繪制完成之后,使用「變更/扳手(Change/wrench)」工具來改變元件里很許多多不同的性質。
5.3. 你可以在元件定位或是繪制完成之后,使用「變更/扳手(Change/wrench)」工具來改變元件里很許多多不同的性質。如果想要將你的電路通道從正方形變成圓形,你首先得在下拉式的選單中選擇「形狀(Shape)」→「圓形(Round)」,然后點擊電路通道。
 將最后的電路線如上圖所示繪制完成。
5.4. 將最后的電路線如上圖所示繪制完成。
 
6.接地面
在EAGLE里,你會發(fā)現(xiàn)跟其它你有使用過的工具比起來,繪制接地面的工作流程有一點違反我們的直覺,但是當你成功繪制幾次之后,你會發(fā)現(xiàn)這其實非常簡單。
 
6.1. 首先,選擇「多邊形(Polygon)」工具,然后沿著電路板周圍畫出一個多邊形的區(qū)塊(距離電路板邊界多近都沒有關系)。
 
6.2. 選擇「命名(Name)」工具,點擊多邊形區(qū)塊后會顯示出一個對話框,將多邊形的名稱改成GND,它將會自動的連接所有GND連結點和線路,這時當你點擊「Ratsnest」按鈕,你將會發(fā)現(xiàn)多邊形區(qū)塊會在填滿所有電路板背面的空白區(qū)域,并使用接地面連結GND接地端。
 
7. 設計規(guī)則檢查
 當你繪制完電路板后,在工具列表中點選它,你的視窗會跳出一個標簽面板,在那里你可以設定很多設計上的約束條件來針對電路板進行測試。
設計規(guī)則檢查(DRC)相當于電路板繪制中的電路規(guī)則檢查(ERC)。當你繪制完電路板后,在工具列表中點選它,你的視窗會跳出一個標簽面板,在那里你可以設定很多設計上的約束條件來針對電路板進行測試。
 
舉例來說,假如你的電路板制造商告訴你電路間的距離不能小于6密耳,那么你就可以在設計規(guī)則檢查中設定這樣的需求,來檢查電路之間是否靠的太近?;蛘?,你正在開發(fā)一個給初學者使用的套件,并想讓連結點等元件看起來比較大,這時你就可以在「Restring」標簽下設定這樣的需求,僅管它本身的預設值就已經是非常好了。所以你其實不必再更改任何設定,它本身就可以給你不錯的結果了。
 
當你開始進行規(guī)則檢查的時候,有一個視窗會跳出來顯示一些錯誤和警告,假如你知道自己正在做什么的話,你可以在某些情況下忽略或是刪除那些警告,但是毫無疑問地,被忽略的錯誤幾乎都會造成電路板無法運作。
 
更進一步
 以上就是布線的所有步驟了。接下來就只剩下絲?。╯ilk-screen)、建立Gerber檔跟drill檔和送去印刷電路板廠制作的步驟。
以上就是布線的所有步驟了。接下來就只剩下絲?。╯ilk-screen)、建立Gerber檔跟drill檔和送去印刷電路板廠制作的步驟。


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