做一个项目,从设计原理图到制PCB的整个流程是什么?
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首先建立一个工程(怎样建立一个工程,工程的设置),然后绘制原理图:
选中PC Board Wizard 这个选项。选项Analog or Mixed A/D 用来建立PSpice仿真工程的。
然后选择一个合适的地方存储你的工程。在下一步中不要选择enable project simulation。然后点击NEXT.
然后在下一步中,添加CONNECTOR,DIscrete,和OPAmp元件库。
在放置元件之前,需要先将place grid 选中(选中了就是灰色的,如果不选中的话,放置的元件将会不能连上wire,因为元件的管脚没有放置在grid上,但是wire一般都是根据grid进行连接的)。然后是放置元件,放置元件,需要到库中寻找。
就需要对绘图的软件的库文件有一些了解(库文件的特点以及分布特点)。当放置某些元器件的时候,如果没有,还需要自己根据datasheet建立自己的库文件(怎样建立库文件)。
原理图的最终效果图如下:
有源元件一般都有电源引脚也是接电源的那个供电的引脚一般是VCC之类的,这些引脚有几种情况,比如:这个引脚(Pin)定义的类型为power类型,但是这个Pin是隐藏的,不可见的,或者是一个power类型的,但是可见的。或者是这个Pin的类型是(passive或者input等),一般是可见的。可见的意思是说这个Pin对于连接导线的工具(wire)来说说可见的,并不是针对的用户,不过一般情况下,一个不可见的Pin对于用户来说一般也是不可见的。对于数字元件来说,一般是不可见的power类型的引脚。但是对于模拟器件,尤其是放大器,通常一个引脚要么是可见的power类型的引脚,要么是可见的非power类型的引脚。
如果一个元件的供电引脚是一个power类型的引脚而且是不可见的,你不能直接的将它连接到一个wire(net)上。
一个不可见的power类型的pin是一个net而且是全局的。可以通过取相同的名字将一个元件的power类型的pin连接到一个power symbol。为了建立连接你需要在原理图上放置一个power symbol (全局的)。Power Symbol 一直是可见的并且wired 到一个板子接口的插座上(connect)上,或者是一个仿真的供电电源上(PSpice power)。可以修改power pin的名称或者power symbol的名称,使它们属于同一个网络
如果一个供电引脚是power类型的pin ,而且是可见的,可以直接的用wires 连接上,也可以应用power类型的pin的全局的属性应用power symbols 。如果应用全局特性名字应该一样,如果是直接连接就不用考虑名字的改变了。如果你应用一个有多个part的封装的时(比如一个有四个放大器,共享powerpin ),所有在放置在原理图中的属于这个封装中的part,必须让他们的电源供电引脚以相同的方式连接。要么都是全局的,要么全都是通过wire连接的。
如果一个元件的供电引脚不是一个power类型的引脚(pin),你必须应用一个wire去连接那个pin到其他的物体,比如一个power symbol 或者一个板子的接口(connect)。如果一个放置了多于一个part从一个有多个part的封装中(而且这个封装的供电引脚不是power类型的),只需其中一个part 的供电引脚连接,(当然你也可以将所有的供电引脚都连上),
(通过看第七章了解一下更多关于pin类型的信息)
Zero-length power pins 和 line-length power pins 对于wire都是可见的,但是对于用户来说zero-length pins 是不可见的。
放置power symbol(比如vcc,gnd等等)。他就是常见的电路中的各种电源符号。
当在原理图上修改一个元件的封装的时候(也可以对一个元件的单个的引脚进行单独的操作),design cache 与part library 之间的连接就被打破了,在本章的最后详细的讲述细节在管理design cache方面。(关于design cache。Cleanup cache 移除从design cache 移除不用的元件。)。
为PCB设计做好准备:
当所有的元件之间的连接都完成之后,下一步就是准备制作一个LAYOUT netlist了。
(1) 保证所有的元件的封装都安排上了
(2) 给相关的元件分组
(3) 执行一次annotation
(4) 清除design cache
(5) 在原理图中执行一次DRC
(6) 生成网络表
Grouping related Components
可以将同一部分的电路(比如运放和他的引脚上的那个滤波电容)作为一个组(group),这样生成网络表的时候,导入PCB,可以使在PCB中放置元件更加的容易,分组号信息将在原理图中安排并且导入到Layout中去。
执行annotate,通过软件制动对元件设置标号。
并且为每个元件指定PCB封装。
绘制完毕原理图的时候,执行一次原理图的DRC检查,看一下你的设计上并不是遵守设计规则。如果没有错误,就生成网络表netlist。
不要关闭原理图工程,以便原理图与PCB图之间进行交流。
然后开始进行PCB板的设计:
首先要分析一下板子的需求,根据设计中用到的元件的类型(封装和安装类型),得出板层的层数,走线的宽度和布线的间隔的需要。
设计中用到了贴片和直插元件还有8个脚的SOIC元件。设计的需要在下图中列了出来。
这个图显示了板子的主要需求。
以为至少需要两个电源和一个ground电源层,而且至少需要两个布线层。(除非跳线),那就需要5层了,因为大多数的多层板是由双层板的内核叠加而成,所以只可能得到偶数成的多层板。我们可以应用那个多出来的层作为一个额外的ground电源层,有很多的电源层的堆叠方法,(第6章中有介绍)。下图为设计的板层叠加图,这样可以表明两个不同的方法来定义电源层。(一般的PCB的设计时候的板子的层的分配情况)。
走线的宽度决定于两个设计限制,(走线的宽度与电流的大小以及本身的阻抗的关系)第一个是需要的电流大小,第二个是走线的阻抗。通过datasheet我们可以知道,UA741的短路输出电流为40ma,为安全,设置为100Ma, 应用阻抗为1欧姆的铜板作为板层,通过第六章中的方程17或者第六章中的图表,最小的走线宽度是1.3mils对于inner layers 。0.5mils 对于outer layers 。所有的工艺图在9-4中,都比6mils要宽可以应用任意的工艺图。
在第6章中你将会看到6mil的走线可以通过大约300ma的电流在内部的走线中,和大约600ma的电流在外部的traces上。
在这个例子中,我们指定所有的信号都是非常低的频率(小于20khz)。所以走线的阻抗是不用考虑了。
决定走线间的间隔
那个运放需要双电源供电,可以高达正负15v(输入输出信号必须在这个范围之间),那么两个走线之间最大的压差就是30v,所以走线的空间间隔必须能够达到这个要求。如果为了安全起见,要用31—50v的标准,而且还要用到soldermask(阻焊剂),通过第6章的6-8,走线的空间间隔必须是4mil在内部层上,5mils 在外部层上。
当你第一次打开一个设计的时候,Layout将会问你需要那个技术工艺文件,工艺图定义了板子的结构,并且设置了板子对于走线宽度,布线空间的要求(比如走线与走线之间,走线与焊盘之间),默认的grids,padstack,默认的颜色等等。一个完整的技术文档默认值设置以及特性在附录a中有介绍
选中PC Board Wizard 这个选项。选项Analog or Mixed A/D 用来建立PSpice仿真工程的。
然后选择一个合适的地方存储你的工程。在下一步中不要选择enable project simulation。然后点击NEXT.
然后在下一步中,添加CONNECTOR,DIscrete,和OPAmp元件库。
在放置元件之前,需要先将place grid 选中(选中了就是灰色的,如果不选中的话,放置的元件将会不能连上wire,因为元件的管脚没有放置在grid上,但是wire一般都是根据grid进行连接的)。然后是放置元件,放置元件,需要到库中寻找。
就需要对绘图的软件的库文件有一些了解(库文件的特点以及分布特点)。当放置某些元器件的时候,如果没有,还需要自己根据datasheet建立自己的库文件(怎样建立库文件)。
原理图的最终效果图如下:
有源元件一般都有电源引脚也是接电源的那个供电的引脚一般是VCC之类的,这些引脚有几种情况,比如:这个引脚(Pin)定义的类型为power类型,但是这个Pin是隐藏的,不可见的,或者是一个power类型的,但是可见的。或者是这个Pin的类型是(passive或者input等),一般是可见的。可见的意思是说这个Pin对于连接导线的工具(wire)来说说可见的,并不是针对的用户,不过一般情况下,一个不可见的Pin对于用户来说一般也是不可见的。对于数字元件来说,一般是不可见的power类型的引脚。但是对于模拟器件,尤其是放大器,通常一个引脚要么是可见的power类型的引脚,要么是可见的非power类型的引脚。
如果一个元件的供电引脚是一个power类型的引脚而且是不可见的,你不能直接的将它连接到一个wire(net)上。
一个不可见的power类型的pin是一个net而且是全局的。可以通过取相同的名字将一个元件的power类型的pin连接到一个power symbol。为了建立连接你需要在原理图上放置一个power symbol (全局的)。Power Symbol 一直是可见的并且wired 到一个板子接口的插座上(connect)上,或者是一个仿真的供电电源上(PSpice power)。可以修改power pin的名称或者power symbol的名称,使它们属于同一个网络
如果一个供电引脚是power类型的pin ,而且是可见的,可以直接的用wires 连接上,也可以应用power类型的pin的全局的属性应用power symbols 。如果应用全局特性名字应该一样,如果是直接连接就不用考虑名字的改变了。如果你应用一个有多个part的封装的时(比如一个有四个放大器,共享powerpin ),所有在放置在原理图中的属于这个封装中的part,必须让他们的电源供电引脚以相同的方式连接。要么都是全局的,要么全都是通过wire连接的。
如果一个元件的供电引脚不是一个power类型的引脚(pin),你必须应用一个wire去连接那个pin到其他的物体,比如一个power symbol 或者一个板子的接口(connect)。如果一个放置了多于一个part从一个有多个part的封装中(而且这个封装的供电引脚不是power类型的),只需其中一个part 的供电引脚连接,(当然你也可以将所有的供电引脚都连上),
(通过看第七章了解一下更多关于pin类型的信息)
Zero-length power pins 和 line-length power pins 对于wire都是可见的,但是对于用户来说zero-length pins 是不可见的。
放置power symbol(比如vcc,gnd等等)。他就是常见的电路中的各种电源符号。
当在原理图上修改一个元件的封装的时候(也可以对一个元件的单个的引脚进行单独的操作),design cache 与part library 之间的连接就被打破了,在本章的最后详细的讲述细节在管理design cache方面。(关于design cache。Cleanup cache 移除从design cache 移除不用的元件。)。
为PCB设计做好准备:
当所有的元件之间的连接都完成之后,下一步就是准备制作一个LAYOUT netlist了。
(1) 保证所有的元件的封装都安排上了
(2) 给相关的元件分组
(3) 执行一次annotation
(4) 清除design cache
(5) 在原理图中执行一次DRC
(6) 生成网络表
Grouping related Components
可以将同一部分的电路(比如运放和他的引脚上的那个滤波电容)作为一个组(group),这样生成网络表的时候,导入PCB,可以使在PCB中放置元件更加的容易,分组号信息将在原理图中安排并且导入到Layout中去。
执行annotate,通过软件制动对元件设置标号。
并且为每个元件指定PCB封装。
绘制完毕原理图的时候,执行一次原理图的DRC检查,看一下你的设计上并不是遵守设计规则。如果没有错误,就生成网络表netlist。
不要关闭原理图工程,以便原理图与PCB图之间进行交流。
然后开始进行PCB板的设计:
首先要分析一下板子的需求,根据设计中用到的元件的类型(封装和安装类型),得出板层的层数,走线的宽度和布线的间隔的需要。
设计中用到了贴片和直插元件还有8个脚的SOIC元件。设计的需要在下图中列了出来。
这个图显示了板子的主要需求。
以为至少需要两个电源和一个ground电源层,而且至少需要两个布线层。(除非跳线),那就需要5层了,因为大多数的多层板是由双层板的内核叠加而成,所以只可能得到偶数成的多层板。我们可以应用那个多出来的层作为一个额外的ground电源层,有很多的电源层的堆叠方法,(第6章中有介绍)。下图为设计的板层叠加图,这样可以表明两个不同的方法来定义电源层。(一般的PCB的设计时候的板子的层的分配情况)。
走线的宽度决定于两个设计限制,(走线的宽度与电流的大小以及本身的阻抗的关系)第一个是需要的电流大小,第二个是走线的阻抗。通过datasheet我们可以知道,UA741的短路输出电流为40ma,为安全,设置为100Ma, 应用阻抗为1欧姆的铜板作为板层,通过第六章中的方程17或者第六章中的图表,最小的走线宽度是1.3mils对于inner layers 。0.5mils 对于outer layers 。所有的工艺图在9-4中,都比6mils要宽可以应用任意的工艺图。
在第6章中你将会看到6mil的走线可以通过大约300ma的电流在内部的走线中,和大约600ma的电流在外部的traces上。
在这个例子中,我们指定所有的信号都是非常低的频率(小于20khz)。所以走线的阻抗是不用考虑了。
决定走线间的间隔
那个运放需要双电源供电,可以高达正负15v(输入输出信号必须在这个范围之间),那么两个走线之间最大的压差就是30v,所以走线的空间间隔必须能够达到这个要求。如果为了安全起见,要用31—50v的标准,而且还要用到soldermask(阻焊剂),通过第6章的6-8,走线的空间间隔必须是4mil在内部层上,5mils 在外部层上。
当你第一次打开一个设计的时候,Layout将会问你需要那个技术工艺文件,工艺图定义了板子的结构,并且设置了板子对于走线宽度,布线空间的要求(比如走线与走线之间,走线与焊盘之间),默认的grids,padstack,默认的颜色等等。一个完整的技术文档默认值设置以及特性在附录a中有介绍
上海信浦钢结构工程有限公司
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