pcb入门提高第五章.docx
- 文档编号:26054099
- 上传时间:2023-06-17
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:23.91KB
pcb入门提高第五章.docx
《pcb入门提高第五章.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《pcb入门提高第五章.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
pcb入门提高第五章
本书是综合电子论坛()EDA开发与应用栏目内部交流资料,任何网站和其他媒体不得转载。
第五章:
自制元件
第一节:
自制元件的重要性
1、任何一个电路绘图软件,不可能把目前所有的电子元件做在自己的元件库里,这就意味着在实际绘图中,自己需要的元件在Protel自带的元件库里是不可能存在的,需要自己制作元件。
2、Protel自带的元件库里的元件并不好用,原理图元件偏大,PCB图元件的封装也不太标准。
3、Protel自带的原理图元件没有对应的PCB图元件信息,在网络布线的时候多了一个添加PCB图元件的操作,降低了绘图速度。
有的元件管脚编号有错误,无法用同步器进行网络布线。
4、Protel自带的库元件的数量多的吓人,实际需要时又很难查找,查找一个元件需要的时间远远超过自制一个简单元件的时间,就算用Protel的搜索元件功能,搜索速度也比较慢。
下面就以原理图1.sch为例,从一个很小的侧面反映自制元件的优越性,如图5-1-1,左边图件使用的元件全部是自制元件,右边图件使用的元件全部是Protel自带的库元件,非常明显,左边的图件的元件大小比较合适,可以绘制紧凑的原理图,右边图件的元件明显偏大,不太好用。
1
第二节:
自制元件的要领
1、自制元件最重要的是:
自制的原理图元件必须对应自制的PCB图元件,可以用同步器进行同步设计和网络布线。
2、对于Protel自带的库元件,不要去修改和删除,只做参考或者复制,参考和复制Protel自带的库元件是快速掌握自制元件的方法之一。
3、自制元件,要在自己新建的库文件里制作,不要在Protel自带的元件库里制作,自己新建的元件库分类一定要细,可以把原理图元件库和PCB图元件库分为阻容元件、cmos、TTL、电源IC、接插件、晶体管等库文件,分类越细,查找元件越方便,自制元件是提高电路绘图速度最有效的方法之一。
4、自制元件不可能一次就把自己需要的元件全部做完,每次绘图,差什么元件就做什么元件,日积月累,自己的库文件就很丰富了,为今后的快速绘图打下良好的基础。
2
第三节:
自制元件的测量
自制原理图元件和自制PCB图元件的操作,和绘制原理图和PCB图相比,并没有复杂多少,许多操作是相同的,最大的难点就是测量,原理图元件不存在测量问题,PCB图元件在测量方面就很重要了,准确测量元件管脚之间的距离和管脚直径以及外形尺寸是自制PCB图元件能否使用的关键,目前的电子元件又是以英制单位为主,测量这些元件最好使用英制,英制的尺子和游标卡尺虽然不太普及,但是,多找找还是可以买到的。
公英制的游标卡尺机械式的75-100元一把,电子式的200元左右一把,从实际应用来看,当然是电子式的好用,直接用液晶显示实际测量值,公英制转换也非常方便,机械式的公英制游标卡尺的英制部分是25mil以内的游标相对长度加0mil、25mil、75mil得到实际测量值,远远没有公制的1mm以内的游标相对长度加整数的mm得到实际测量值好读,这当然是个习惯问题,英制的尺子,笔者用Protel绘制,再用激光打印机打印,11in/28cmA4纸竖向打印可以得到7把纸尺子,7.5in/19cmA4纸横向打印可以得到10把纸尺子,用裁纸刀裁下来,再用透明胶带包起来可以经久耐用。
只要有一把公英制的游标卡尺,电子的还是机械的都可以,再加上一把自制的纸尺子,就可以满足测量元器件的需要。
自制的纸尺子测量精度,在1英寸范围内可以达到10mil,
3
在某些方面比游标卡尺还好用,一般的分离元件,10mil的精度已经可以满足实际需要。
游标卡尺主要用于测量元件管脚的直径,用来精确设置PCB图元件管脚的钻孔孔径,元件管脚的钻孔尺寸,通常是公制。
如果读者需要购买机械式的公英制游标卡尺,必须买公制部分精度为0.02mm、英制部分精度为1/1000in(1mil)的游标卡尺,低于这个精度的游标卡尺,再便宜也不要买。
电子式的游标卡尺,公制部分精度为0.01mm、英制部分精度为0.5/1000in(0.5mil)。
下面的图,自上往下分别为机械式公英制游标卡尺、电子式公英制游标卡尺、自制的公英制纸尺子。
4
第四节:
自制9014元件
9014是一种应用非常普遍的三极管,它的封装也非常普遍,如图5-4-1,左边是把基极从根部下来100mil折90度的9014实物图,右边是从管脚向外80mil再向下折90度的9014实物图,这里介绍的就是自制右边的9014的元件,这种9014的基极在中间,基极一律往后面折的目的,是为了统一封装、防止绘图出错、加快焊接速度的好方法。
有些人绘制的三极管,有的基极往前折,有的基极往后折,这就人为造成封装混乱,加大绘图难度,对焊接也没有好处,三极管的三个极排在一条线上,容易插反,且焊盘太小。
这种封装焊接在电路板上实物图如图5-4-2
5
1、自制9014原理图元件
首先打开电路图1.sch,用鼠标点主工具栏第一项图标,打开设计管理器,点BrowseSch页面,设计管理器就显示为库管理器,用鼠标拉Browse区块的滚动条,找到晶体管.Lib库,选中这个库,用鼠标点Edit按钮,如图5-4-3,
原理图库编辑器就打开了,如果绘图栏在绘图区,就用鼠标移动道最右边,如图5-4-4。
6
用鼠标点最右边的左侧工具栏第六项图标,新增元件,弹出新增元件对话框,把这个对话框的Name栏目改为9014,如图5-4-5
点OK确认,就出现新增元件的作图区,如图5-4-6,可以看到,作图区有一个大十字,十字的交叉点是坐标园点,参考Protel自带的元件库可以发现,几乎所有元件都是在第四象限,这里要做的元件也放在第四象限。
放大图纸显示出第四象限的合适位置,如图5-4-7。
7
自制原理图元件需要放置主要的部件,在绘图工具栏里可以找到,绘图工具栏各个图标的功能说明如图5-4-8。
所有的原理图元件都是由两部分组成,即:
管脚部分和图形部分。
如图5-4-9,图形部分纯粹就是给人看的,就是通过看图形知道是个什么元件,管脚除了给人看,更重要的就是在网络布线的时候Protel要识别这些管脚。
有关9014元件详细的制作方法就不介绍了,配合本书的文件里有9014元件,读者可以打开这个元件仔细观察,这里只说明制作这个元件的要领。
8
(1)管脚的电气连接端
放置管脚的状态或者移动管脚时可以看到,管脚像一根火柴,火柴头是管脚的电气连接端,火柴头相对于图形必须朝外放置,否则,自制的元件不能进行同步设计和网络布线,在选取图件进行移动的时候更能看到这种现象,如图5-4-10,Protel99之前的版本没有这项功能,在自制元件放置管脚时,很容易把管脚放反。
(2)设置管脚属性隐藏管脚名称和编号
放置管脚之后,用鼠标双击管脚,弹出管脚属性对话框,管脚编号E、B、C是在Number栏目里,这个栏目的内容和PCB图元件的焊盘编号对应,就可以完成网络布线了,Name栏目是管脚名称,要不要这个栏目的内容,并不影响网络布线。
管脚长度栏目是PinLength,这里设置为10,ShowName和ShowNumber两个栏目分别为隐藏管脚名称和隐藏管脚编号,用鼠标取消这两个栏目的“√”就可以隐藏管脚名称和编号。
如图5-4-10,
9
(3)9014原理图元件图形部分绘制方法
9014的基极是放置矩形绘制的,并且Snap设置为1,执行鼠标右键/DocumentOptions…文档选项,就弹出文档选项对话框,如图5-4-12,在Grids区块的Snap栏目里可以设置为1。
10
9014发射极的箭头是放置多边形绘制的,Snap也设置为1。
表示9014外形的圆是放置椭圆绘制的,放置椭圆的工具既可以绘制椭圆也可以绘制圆。
如果最后绘制圆,肯定会把图件盖住,可以执行菜单命令Edit编辑/Move移动/SendToBack送到后面,用鼠标点一下放置的圆,就可以把圆送到后面。
更改圆的颜色,可以用鼠标双击圆,弹出圆属性对话框,在这个栏目里就可以更改颜色。
(4)编辑自制原理图元件属性
编辑自制元件的属性,用鼠标点库管理器的Description…按钮,弹出元件属性对话框,在Designator页面的DefaultDesignator栏目里输入BG?
,这就是元件编号(名称),Footprint1栏目里输入BG_1,这就是原理图元件对应的PCB元件封装,一共可以输入四个不同的封装,在这里输入原理图元件对应的PCB元件封装之后,绘制原理图的时候就不必再输入了,所以,自制元件是提高绘图速度的方法之一,Protel自带的原理图元件里没有这些信息。
最后,点OK按钮确认,9014的原理图元件就做好了。
11
做好的9014元件如图5-4-14,这里再强调,元件的位置在第四象限,绘制原理图放置元件状态时,鼠标光标的相对位置就是坐标园点,当自制的元件离园点太远,放置元件就很不方便,当元件距离园点大于图纸的长度时,元件将无法放置到原理图的作图区。
当不需要自制元件,就用鼠标点主工具栏第三项图标,保存文件,并且关闭晶体管.Lib文件夹。
12
2、自制9014PCB图元件
首先打开电路图1.Pcb,用鼠标点主工具栏第一项图标,打开设计管理器,点BrowsePcb页面,设计管理器就显示为库管理器,用鼠标点Browse区块的下拉箭头,找到晶体管.Lib库,选中这个库,用鼠标点Edit按钮,如图5-4-15,
就进入库编辑器,如图5-4-16。
13
用鼠标点库管理器的Add按钮,就弹出新增元件向导,如图5-4-17,如果这时候用鼠标点Next按钮,就可以选择需要自制元件的类型,用向导完成自制元件,但是,向导能完成的元件类型实在太少,满足不了实际要求。
用鼠标点Cancel按钮,取消向导,
就出现新增元件的作图区,如图5-4-18,Protel默认的元件名称为PCBCOMPONENT_1。
14
设置网格,执行鼠标右键/Options选项/Layers…层,出现文档选项,如图5-4-19,选中Layers页面System区块的VisibleGrid1,使其出现一个“√”,并且把这个栏目设置为100(mil),然后点OK按钮确认。
这时候100mil的网格线就出现了,如图5-4-20,
15
自制PCB图元件需要放置的主要的部件,在绘图工具栏里可以找到,绘图工具栏各个图标的功能说明如图5-4-21。
自制的9014封装如图5-4-22,红色的坐标是没有的,为了说明PCB元件在自制元件作图区的正确位置,笔者特意画了一个坐标,可以看到,三极管焊盘E在坐标园点上,整个元件的多数位置还是在第四象限。
16
PCB元件也是由两部分组成,焊盘部分和外形部分,放置焊盘一定要准确,外形的精度尽量做到10mil以内。
下面介绍制作这个元件的要领:
(1)放置焊盘
第一个焊盘放在园点上,放置焊盘时,可以看标题栏的坐标值,当坐标为(0,0)的时候,就是园点了,也可以在放置焊盘的状态下执行快捷键Ctrl+End,焊盘就会自动移动到园点上。
焊盘B距离焊盘E、C的中心80mil,可以把捕获网格设置为10mil,就可以精确地放置这个焊盘。
(2)设置捕获网格
按键盘上的G,就弹出捕获网格选择对话框,选定需要的网格值就可以了,如果需要的网格值在捕获网格选择对话框里没有,可以用鼠标点最后一栏Other…,就弹出捕获网格设置对话框,在这个对话框里就可以设置需要的网格,设置的范围是:
0.001mil-1000mil。
也可以用鼠标点主工具栏倒数第二项图标,直接就弹出捕获网格设置对话框。
17
(3)绘制PCB元件外形
绘制元件外形时,工作层面必须选TopOverlay,即:
顶层丝印层,这个层面Protel默认为绿色。
放置的圆弧和线的宽度无特殊要求,应该是10mil。
(4)定义焊盘外径和钻孔尺寸
焊盘的外径,直接影响焊盘的机械强度,焊盘越大,机械强度越大,在自制元件的时候,把焊盘外径定义为适合自己经常使用的尺寸,绘制PCB图的时候省略了最后定义焊盘大小的操作,即使有更改,可以用批量修改的方法快速修改。
像9014这样的封装,焊盘外径设置为60mil-70mil比较合适,双面板可以定义小一些,单面板定义大一些。
用游标卡尺测量9014管脚的直径最大处是0.55mm(9014的管脚是正方形),那么,钻孔尺寸可以设置为0.6mm-0.7mm。
用鼠标双击某个焊盘,弹出焊盘属性对话框,如图5-4-24,Properrties页面的X-Size是焊盘外径X轴方向尺寸大小,Y-Size是焊盘外径Y轴方向尺寸大小,Attributes区块的HoleSize栏目就是钻孔尺寸,这里显示为27.559mil,对应公制为0.7mm。
Attributes区块的Designator栏目实际就是焊盘编号,这个栏目里的内容和原理图里的管脚编号对应,且大小写一致,就可以完成同步设计的网络布线了。
18
(5)PCB元件重命名
用鼠标点库管理器的Rename…按钮,就弹出元件重命名,如图5-4-25,把PCBCOMPONENT_1改为9014,按OK按钮确认。
(6)保存PCB元件
用鼠标点主工具栏第三项图标,就可以保存自制的元件,如果不继续自制元件,就可以关闭晶体管.Lib文件。
3、自制AT89C2051原理图元件
AT89C2051是ATMEL单片机,Protel自带的元件库里没有
19
这个元件,这个元件在MCU.Lib库文件里自制,自制的元件如图5-4-26,表示元件外形的长方形是放置矩形绘制的,
用鼠标双击编号为6的管脚,弹出管脚属性对话框,如图5-4-27,可以看到,Name栏目输入P3.2/I\N\T\0\,6脚的管脚名称INT0,上面有一横,就是这样得到的,表示T0中断低电平有效。
Number栏目里的6表示管脚编号为6。
20
用鼠标点库管理器的Description…按钮,弹出元件属性对话框,在Designator页面的DefaultDesignator栏目里输入IC?
,Footprint1栏目里输入DIP_20,如图5-4-28,最后,存盘退出。
4、自制AT89C2051PCB元件
AT89C2051的PCB元件,Protel自带的元件库里有封装,是DIP20,这里自制的是名为DIP_20的20脚集成电路插座,Protel自带的元件库里没有。
自制的元件如图5-4-29,坐标也是后加的,更清楚地看到,DIP_20绝大多数的位置在第四象限,1脚焊盘在坐标园点。
DIP_20的焊盘外径为60mil,钻孔尺寸为0.7mm。
21
用鼠标双击1脚焊盘,就弹出焊盘属性对话框,如图5-4-30,Properrties页面的Shape栏目选择Rectangle,表示焊盘形状为矩形,这个栏目共有三项选择,自上向下分别为:
圆形、矩形、八角形。
22
5、自制原理图复合元件
复合元件是指一个集成电路内部有两个以上相同的电路单元。
如:
CD4069有6个相同的非门,LM358有两个相同的运算放大器,LM339有四组相同的电压比较器。
复合元件在电子元件里占有一定比例,掌握自制复合元件很重要。
在自制原理图元件中,自制复合元件是最费时间的,涉及到管脚的隐藏和子元件的应用等概念,自制复合元件的难度并不大,就是费些时间,CD4069有6个相同的非门,差不多相当于自制了六个普通的原理图元件,可以这样说:
只要掌握了自制复合元件,自制原理图元件就彻底掌握了。
下面就介绍自制CD4069复合元件的方法:
CD4069在cmos.Lib库文件里制作,打开cmos.Lib库文件,新建一个元件,自制的CD4069元件的第一个单元如图5-4-31,图5-4-31的中图是7脚和14脚没有隐藏的非门,把中图的7脚和14脚移动到右图所示的位置,隐藏7脚和14脚,就得到左图所示隐藏管脚之后的非门。
(只需要左图所示隐藏管脚之后的非门,中间和右边的图是举例。
)
23
(1)、隐藏原理图元件管脚的作用和方法
隐藏原理图元件管脚的作用,最主要的就是让隐藏的管脚在原理图里连接到和管脚名称相同的网络,另外是为了绘图美观。
用鼠标双击7脚,弹出管脚属性对话框,如图5-4-32,用鼠标点Hidden栏目,使其出现“√”,点OK按钮确认,7脚就隐藏了,用相同的方法隐藏14脚。
24
隐藏之后的第一个非门单元如图5-4-32,从设计管理器里的Pins区块可以看到,该元件有四个管脚,没有隐藏的1、2脚和隐藏的7、14脚,如果不隐藏7脚和14脚,可以用鼠标双击Pins区块显示的管脚号,弹出管脚属性对话框,用鼠标去掉Hidden栏目的“√”,点OK按钮确认,就可以恢复显示。
(2)、设置反向型管脚
用鼠标双击2脚,弹出管脚属性对话框,如图5-4-34,用鼠标点Hidden栏目,使其出现“√”,点OK按钮确认
25
(3)、新建子元件
复合元件里的各个单元,在Protel里是“子元件”的概念,“子元件”简称“子件”。
用鼠标点主工具栏第七项图标,就新建了一个子件,如图5-4-35。
26
注意看设计管理器里的Part栏目的显示,在没有新建子件的时候显示1/1,表示该元件只有一个主件,而新建子件之后显示2/2,表示该元件有两个单元,现在显示的是第二个单元,Part栏目的两个按钮,“<”和“>”是转换显示子件。
用鼠标点Part栏目的两个按钮,把子件1复制到子件2的作图区,并且把管脚编号1、2改为3、4,如图5-4-37,由于有隐藏管脚,选取图件执行快捷键S+A,可以更正确地把隐藏的管脚复制过来。
用上面介绍的方法,把CD4069的六个子件全部做完,最后,回到第一个子件,更改元件名称为CD4069_5V_1,设置元件属性后存盘退出,就完成了CD4069复合元件的自制。
放置在原理图里的CD4069如图5-4-38
27
用鼠标双击ICA,弹出元件属性对话框,用鼠标点Part栏目的下拉箭头,就可以选择CD4094的电路单元,如图5-4-39,1-6分别对应A-F。
元件名称取名为CD4069_5V_1的_5V表示这种器件应用于5V的场合,_1表示这是第一种绘制方法,觉得这种绘制方法不适合某种电路,还可以绘制第二种。
或许读者要问,这种器件是不是只能应用于5V的场合?
是的,如果只是绘制原理图,用在多少伏电压都没有问题,但是,如果利用原理
28
图进行同步设计和网络布线,那么,这种器件只能应用于5V的场合。
cmos数字电路的电压范围宽达3V-18V,如果CD4069应用于12V怎么办呢?
只有重新自制一个名为CD4069_12V_1的复合元件,也就是把14脚的管脚名称定义为+12V就可以了,好在可以复制,实际再自制也挺快的,自制元件是一劳永逸的事,只要你日积月累地完善你的元件库,就可以保证绘图速度和绘图质量。
6、自制相通脚元件
相通脚元件,是指多管脚的元件,其中有两个管脚电气意义是连通的,如:
保险管座、按键开关等,这里就以常用的一种按键开关为例,介绍相通脚元件的自制方法。
自制相通脚元件其实很简单,有几个脚就做几个脚,如图5-4-40,1、4脚和2、3脚是相通的,在原理图库文件里不要连通管脚,
在原理图里再连通本来就相通的管脚。
这样自制的元件好象不太美观,但是可以保证同步设计和网络布线。
自制的PCB元件如图5-4-41。
29
7、自制非英制PCB库元件
有的电子元件管脚与管脚之间的尺寸单位的整数,或者整数的分数,是公制单位,也有的甚至既不是公制,也不是英制,这些元件有什么制作要领呢?
其实也很简单,上面的按键开关就是公英制都不好测量管脚距离,像这样的元件,自制PCB元件比较好的方法就是把坐标园点设置在元件的中心,这样在绘图的时候走线才美观。
图5-4-43是430F149贴片封装扩展为八列直插的扩展小电路板,这个图可以清楚看到,430F149贴片封装的正中心相当于园点,这样布线最美观。
30
8、自制PCB元件多余焊盘的处理
有的元件,除了有电气连接的管脚之外,还有固定用的管脚,这些元件多数是开关、插座、散热片等元件的固定脚,没有电气连接意义的焊盘如何处理呢?
比较好的方法是,把没有电气连接意义的焊盘编号全部设置为0,如图5-4-44,这是一种小型单刀双掷的拨动开关,左右两边的大焊盘就是固定孔焊盘,编号为0并不影响同步设计。
9、自制元件的命名方法
自制元件的命名方法,笔者也没有太多的经验,有一点很重要,就是千万不能把元件名称、元件编号用中文命名,否则,有不可预知的错误。
经过笔者多年来使用Protel的经验,发现与Protel设计有关的文件名可以使用中文,与元件有关的各种名称、标号不能使用中文。
(1)原理图元件类型名称的命名方法
在原理图库编辑器里。
用鼠标点最右边的左侧工具栏第六项图标,新增元件,弹出新增元件对话框,或者执行菜单命令Tools工具/RennameComponent…元件重命名,如图5-4-5,注意看这个对话框的Name栏目,谁都知道,Name
31
就是名字的意思,但是,这里输入的内容实际上是元件的类型名称,9014是一种NPN的三极管,那么,所有NPN的三极管都可以使用这个元件。
如果自制电阻,这里输入1K,有的元件自己都不知道元件的类型名称怎么办呢?
就输入元件的型号,有种继电器,上面印着HRS1H-S好象是型号,就用这个代号做元件类型名称。
这里输入的内容就是在原理图元件管理器里看到的元件名称。
(2)原理图元件编号名称的命名方法
编辑自制元件的属性,用鼠标点库管理器的Description…按钮,弹出元件属性对话框,如图5-4-6,在Designator页面的DefaultDesignator栏目里输入的内容是元件编号名称,参考许多原理图就可以知道,三极管的元件编号名称是BG,也有的原理图上是V,电阻是R,发光二极管是LED,整理二极管是D,不知道的元件就参考成品PCB,发现排阻是RA,数码管是SG。
32
(3)PCB元件名称的命名方法
PCB元件名称的名称,可以用该元件的型号命名,如:
继电器型号HRS1H-S。
也可以用该元件的特征命名,如:
DIP_8表示8脚双列直插集成电路。
还可以用该元件的尺寸命名,如:
0805表示贴片电阻的长度是80mil,宽度是50mil。
在自制PCB元件的时候,用鼠标点库管理器的Rename…按钮,就弹出元件重命名对话框,如图5-4-5,这个对话框输入的名称必须和上图Designator页面的Footprint1栏目里输入的名称相同,才能正确完成同步设计和网络布线。
自制PCB元件的名称,一定不能和Protel元件库里的PCB元件名称重名,也不能和自己制作的PCB元件名称重名,否则,使用同步器放置元件,有的时候会出错,错的很
33
奇怪,会把元件放反,阻容元件放反问题不大,集成电路放反很容易发现,三极管就不容易发现放反了。
避免PCB元件的名称重名比较好的方法,是在元件名后面加“_1、”“_5V”等标志。
原理图元件名称重名,不影响同步设计,但是,从管理方便的角度考虑,最好不要重名。
34
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- pcb 入门 提高 第五