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多层板元器件的双面布局设计方法

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:元件载入PCB板后,就可以根据元件的布局规律进行布局。由于U盘电路板面积小、元件多,元件密度高,因此在布局前,必须规划好元件的布局方案。图8-45修改元器件安全间距3.具体布局确定有定位要求的元件位置。一般尽量将所有穿插式元件安排在顶层,以便于元件的装配。图8-49确定顶层核心元器件的位置确定电源模块的布局。③初步放置底层其他元件。

多层板元器件的双面布局设计方法

元件载入PCB板后,就可以根据元件的布局规律进行布局。由于U盘电路板面积小、元件多,元件密度高,因此在布局前,必须规划好元件的布局方案。U盘布局是否合理是整个项目的关键,它关系到U盘电路板布线是否成功以及整个电路的稳定性,因为本项目采用4层板,所以布线已经不是关注的首要问题。

1.确定布局方案

在高密度电路板中,是否需要双面放置元件是设计者首先要考虑的问题。一般情况下,如果在顶层能够完成元件的布局,尽量不要将元件放置在底层,因为这样做,一方面会增加电路板的设计难度和成本,另一方面也会增加元件装配的工序和难度。但对于U盘电路板而言,如果直接将元件放置在顶层,则由于电路板太小,部分元件连放置的位置都没有,因此必须采取双面放置元件的办法。仔细分析原理图可知,U盘主要由以U2(IC1114)为核心的控制器电路和以U3(K9F0BDUDB)为核心的存储器电路组成。可以考虑将两部分电路分别放置在顶层和底层,具体将以U3(K9F0BDUDB)为核心的存储器电路放置在顶层元件面,而将以U2(IC1114)为核心的控制器电路放置在底层的焊接面。

2.设置布局参数

(1)修改图纸参数。对于一般电路板而言,采用默认的图纸参数就可以较好地进行布局调整,但对于元件密度较高的电路板而言,为了进一步微调元件的位置,必须调整PCB的图纸选项。

执行“设计”→“PCB板选择项”命令,弹出如图8-44所示的PCB图纸选项,将“捕获网格”和“元件网格”均设置为5mi1,并将“电气网格”也设置为5mil。

图8-44 设置PCB图纸参数

(2)修改元件安全间距。由于电路板面积太小,元件的安全间距可以设置得更小一些,从而使元件可以排列得更紧密,如可以将其修改到步距5mil以下。

执行“设计”→“规则”命令,弹出“PCB规则和约束编辑器”对话框,双击“Placement”项,再双击“Component Clearance”项,选择“Component Clearance”选项,如图8-45所示。

图8-45 修改元器件安全间距

3.具体布局

(1)确定有定位要求的元件位置。根据布局原则,先确定相对于元件外壳、插孔位置等有定位要求的元件的位置。本项目中有定位要求的元件有两个,一个是写保护开关SWl,它必须与外壳的写保护开关孔对准,并且开关的拨动手柄必须向外。另一个为发光二极管DS1,它必须与外壳的小孔对准。

①确定写保护开关SWl的位置,测量外壳写保护开关孔的尺寸,确定SWl的第1焊盘的定位尺寸,如图8-46所示。

图8-46 放置写保护开关SW1

双击SW1,在弹出的属性对话框中选中“Locked”复选框,如图8-47所示,将其位置锁定,从而避免在后续操作中改变该元件的位置。

图8-47 锁定开关元件SW1

②根据同样的原理,可以确定、放置并锁定发光二极管DS1的位置,如图8-48示。

图8-48 放置DS1

(2)修改元件标注的尺寸大小。从图8-48中可以看到,元件标注的尺寸太大,占了太多的面积,必须修改元件标注的尺寸大小。采用元件属性全局修改功能进行全局修改,将“Text Heigh”字符高度栏修改为原来的一半,即“30mil”,将“Text Width”文字线条宽度修改为“5mil”,按“Enter”键确认输入。

(3)确定顶层核心元器件的位置。核心元件一般指体积较大或在电路功能模块中起主要作用的元件。顶层的核心元件有存储器U3、U盘接口J1、晶体振荡器Y1,以及电压转换元件U1。一般尽量将所有穿插式元件安排在顶层,以便于元件的装配。而电压转换元件U1最好和其他电源模块的元件一起进行布局,以便更好地确定元件的相对位置。先确定存储器U3、U盘接口J1和晶体振荡器Y1的位置,如图8-49所示,注意U盘接口位于电路板的水平中心,以便和U盘外壳配合。

图8-49 确定顶层核心元器件的位置

(4)确定电源模块的布局。在元件布局时,一般的原则为,在保证定位要求和电气特性的基础上,使元件间的导线最短,飞线最少。但在PCB板中,元件间的飞线连接于最近的网络焊盘上,表面上虽然飞线很短,但实际布线时可能走线很长。所以,在进行PCB布局时,在确定了核心元件位置后,最好结合原理图,按照信号走向分模块布局。依据如图8-50所示的电路原理图确定电源部分的布局关系,如图8-51所示。

图8-50 锁定开关元件SW1

同时也将写保护电路的电阻R24放置在SW1的右边,将DS1的限流电阻R11和电容C25也一并放置到图纸中。

图8-51 继续完成顶层元器件的布局

(5)确定底层元件的布局。(www.xing528.com)

①显示底层丝印层。默认情况下,底层丝印层是没有显示出来的。为了底层元件的布局,必须将底层丝印层显示出来,执行“设计”→“Board Layer”命令(或按“L”键),在弹出的对话框中选中“Bottom Overlay”复选框,从而可以将底层元件的标号显示出来。

②放置底层关键元件U2。先在顶层将元件U2移到要放置的位置,并且将元件编号的位置也调整好,如图8-52所示。因为等元件翻转到底层后,文字翻转了,此时再进行编号方向调整将不太习惯。

在调节U2位置的过程中,同时按下“L”键,元件U2将翻转到底层焊锡面,如图8-53所示。

图8-52 先在顶层放置好元器件U2

图8-53 将元器件U2翻转到底层

此时可以看到元件U2已经放置到底层,焊盘的层面属性自动转换为底层,元件编号也随之翻转。

③初步放置底层其他元件。依据相同的方法,将底层其他元件也放置到焊锡面,如图8-54所示。

④调整底层元件的位置和元件编号。将元件全部初步放置到底层后,为了避免顶层元件对底层元件的布局影响,可以在设置显示层面对话框中,暂时取消选中“顶层信号层”(Top Layer)和“顶层丝印层”(Top Overlay)复选框,不显示顶层元件的封装,从而可以集中精力调整底层元件的布局。

在调整元件编号时,比较难调整的是元件编号的方向,因为此时文字处于镜像翻转状态,旋转过程中不知怎样才是正确的。此时先取消编号的镜像翻转状态,将其位置和方向调整好后,再恢复其镜像翻转状态,可以确保其方向的正确性。

以调整电容C6的标注为例,先双击编号C6,弹出如图8-55所示的元件编号C6的属性对话框,取消选中“镜像”复选框,单击“确认”按钮。此时可以将编号C6当成顶层丝印层元件编号一样进行调整。再次双击编号C6,将“镜像”复选框选中,可以看到编号C6已经调整好方向和位置,调整过程如图8-56所示。

图8-54 放置底层元器件

图8-55 元器件编号C6属性对话框

图8-56 调整元器件编号C6

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