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OrCADCapture/LayoutPCB 设计全攻略 河西学院 董安明
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目录
第 1 章 OrcadCapture/LayoutPCB 设计简介....................................................................2
1.1 计算机辅助设计(CAD)及 Orcad 系列设计软件.......................................................2
1.1.1 印刷电路板的制造............................................................................................2
第 2 章 PCB 设计实例.........................................................................................................3
2.1 例 1:双电源供电的模拟电路设计举例.................................................................3
2.1.1 在 Capture 中建立工程并进行设计.................................................................4
2.1.2 Layout 的前期准备工作..................................................................................11
2.1.3 生成用户元件清单..........................................................................................11
2.1.4 给元件分配封装..............................................................................................13
2.1.5 分组相关元件..................................................................................................15
2.1.6 注释..................................................................................................................17
2.1.7 清除缓存..........................................................................................................18
2.1.8 执行 DRC..........................................................................................................18
2.1.9 生成 Layout 网表文件(.MNL).....................................................................21
2.1.10 设定电路板要求..........................................................................................21
2.1.11 定义叠层(layerstack‐up)........................................................................22
2.1.12 定义线宽......................................................................................................23
2.1.13 确定线间距的要求......................................................................................24
2.1.14 选择技术文档..............................................................................................24
参考文献.................................................................................................................................32
OrCADCapture/LayoutPCB 设计全攻略 河西学院 董安明
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第1章 OrcadCapture/LayoutPCB 设计简介
1.1 计算机辅助设计(CAD)及 Orcad 系列设计软件
1.1.1 印刷电路板的制造
我们首先了解一下 PCB(PrintedCircuitBoar)的生产过程,从而能够更好地理解我们能
用 Layout 来干什么。PCB 由两个基本的部分构成:基质(板子)和印刷线(铜线)。PCB 的
基底对集成电路等各种电子元器件提供固定、装配的机械支撑;还实现集成电路等各种电子
元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘并提供所要求的电气特性,如特性阻抗
等;为自动装配提供阻焊图形;为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。常见的基
质为 FR4(一种环氧树脂材料)。这种材料和普通的树脂材料很相似,但是具有阻燃的特性。
基质也可以由陶瓷、乙烯材料和特殊的聚合物制造。
1.1.1.1 PCB 内板芯和叠层(PCBcores
andlayerstackup)
在生产的时候,PCB 是从一块敷铜基质(如图 1‐2
所示)开始的。图中的刚性基质是 C 阶树脂层压板
(
C-stage laminate)((fully cured epoxy 固化环氧树
脂)。敷铜层可以是镀到基质表面的一层铜,或者是粘
到基质表面的铜箔。铜的厚度是以每平方英尺的面积
上铜的重量(单位为盎司(oz))来计算的。1.0 盎司/平
方英尺的铜大约 1.2‐1.4mils(密耳,1mil=千分之一英
寸=0.00245cm=0.0245mm)厚。
基质的一面或两面都可以敷铜。多层板是由一个或多个称为内板芯的单面或双面基质构
成。一个内板芯就是一块镀铜环氧层压板。内板芯被一层或多层半固化环氧树脂(
partially
cured epoxy,B-stage laminate
)粘合到一起,如图 1‐3 所示。半固化环氧树脂层也称为预
浸层(prepreg)或 B 阶树脂层压层(
B-stage laminate)。一旦所有的内板芯被按次序安放好
后,整个的复合体在热压条件下被完全粘合。
在制造多层板的时候有三种用于安装内板芯的方法。图 1‐4 以四个布线层(
routing layers)
和两个平面层的例子的形式给出了其中的两种方法。图 1‐4(a)给出了三个双面内芯与两个
预浸层压制而成的电路板,而图 1‐4(b)给出了由两个内芯构成的六层板,它是用一个预
浸层把四个内层黏合起来的。图 1‐4(b)的最外层是铜箔层,由预浸层黏结到整个装配体
上。
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图 1‐4 中的走线层以间断的铜样式表示,而平面层以实线表示。首先对内层进行安排以将内
芯黏合到一起。当内芯被黏合并打孔之后再对外层进行安排。因为外层最后才被腐蚀,而且
铜箔层要比覆铜层便宜,因此图 1‐4(b)所示的层叠被广泛应用。
第2章 PCB 设计实例
本章适用一些例子来演示 PCB 设计的基本流程。
第一个例子是一个单运放模拟电子线路设计。该设计显示了如何为正电源、负电源和地设置
多个平面层。同时该设计也演示了 Capture 中的几个关键的概念,如怎样连接全局网络、如
何分配封装、如何执行设计规则检查、如何使用 Capture 的元件库、如何产生元器件清单(Bill
OfMaterials)、如何利用元器件清单帮助 Capture 及 Layout 的设计。该例子还演示了在 Layout
中如何执行重要的任务,如装载电路板的技术文件、查找及选择特殊的器件、修改焊盘
(
padstacks)等。此外还演示了 Cpture 和 Layout 之间的通信。
2.1 例 1:双电源供电的模拟电路设计举例
假设该设计的 PSpice 仿真已经执行。整个设计的思路如图所示。这个电路非常简单,
但是它包含了设计更大规模电路所需要的所有步骤。该电路是一个由有源器件(运放)和无
源器件(电阻、电容)构成的基本的运算放大器。该电路还包括一个端口连接器(off‐board
connector),它为电路板提供双电源,并为输入输出信号提供连接。过孔(
Through-hole)
元件包括端口连接器和电源滤波电容;表面贴装元件(
surface-mounted devices)包括运放、
旁路电容以及信号增益调整电阻。
一旦基本的设计已经完成,我们需要制作一个建立电路所需要的所有元件的列表(包括
端口连接器)。搜索你最喜欢的元件目录找到这些器件并从元器件生产厂家下载元件的数据
资料。最好是制作一个电子数据表格详细地列出元件及其封装形式。本例所用的元器件资料
如表 1 所示。在整个设计过程中我们可以不断地向数据表中加入信息以记录并组织设计过程
的各个方面。如果在设计过程中有问题发生,该文件可以帮助我们找到错误是在哪里发生的。
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表 1 基本元件列表及安装要求
Reference Value Mounting/packaging MFR MFR P/N
J1 5pin Through-hole,0–100-in.
pin spacing
AMP/Tyco
Electronics
3-643816-5
C1, C2 10uF Through-hole, radial lead Panasonic–ECG ECS-F1VE106K
C3, C4 0.1uF SMD, size 1206 Panasonic–ECG ECJ-3YB2A104K
U1 LM741 SOIC-8 Texas Instruments UA741CD
R1–R4 1k SMD, size 1210 (¼W) Panasonic–ECG ERJ-14NF xxxxU
2.1.1 在 Capture 中建立工程并进行设计
建立工程
输入工程名称,设置工程路径。选择新建项目的类型为“PCBBoardWizard”,当然也可以选
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择新建“AnalogorMixedA/D”型的项目,如果选择了“AnalogorMixedA/D”,则可以建立
一个 PSpcie 仿真模板。由于在本例中我们不需要执行 PSpice 仿真,因此我们选择“PCBBoard
Wizard”。
选择“OK”:
选择“下一步”,添加设计库文件。
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