第三章 电路板的设计安装及调试

第三章电路板的设计安装及调试

第三章电路板的设计安装及调试

3.1 Protel 99 SE简介

Protel 99 SE是基于Windows95/98/2000/XP环境的新一代电路原理图辅助设计与绘制软件，其功能模块包括电路原理图设计、印制电路板设计、无网格布线器、可编程逻辑器件设计、电路图模拟/仿真等到。它是集电路设计与开发环境于一体的软件。各模块具有丰富的功能，可以实现电路设计与分析的目的。

1 电路设计的主要部分：

●用于原理图设计的Schematic模块。

该模块主要包括设计原理图的原理图编辑器，用于修改、生成零件库编辑器以及各种报表的生成器。

●用于电路板设计的PCB设计模块。

该模块主要包括用于设计电路板的电路板编辑器，用于修改、生成零件封装编辑器以及电路板组件管理器。

●用于PCB自动布线的Route模块。

●用于可编辑逻辑器件设计的PLD模块。

该模块主要包括具有语法意识的文本编辑器、用于编译和仿真设计结果的PLD经及仿真波形观察窗口。

●用于电路仿真的Simulate模块。

该模块主要包括一个能力强大的数/模混合信号电路仿真器，能提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。

2 Protel 99 SE有如下特点：

?支持层次化设计

?丰富而灵活的编辑功能

?强大的自动化功能

?在线库编辑及完善的库管理

3.2 原理图的绘制

1 加载元件库

在绘制电路图前，首先要添加几个常用的原理图库，这样查找元件就很方便。常用的原理图库有五个：MISCELLANEOUS DEVICE.LEB,INTER DATABOOK,NES DATABASE,TI DATABASE,SIM.DDB，其中很多元件都在杂元件库MISCELLANEOUS DEVICE.LEB中。

2 放置元件

将电路原理图中需要的元件都从原理图库中添加到原理图中，并根据电需要将元器件排列好。

3 设置元器件的参数

双击元器件，在弹出的对话框中对元器件的封装、编号、管脚号等进行设置。

4 绘制电路原理图

将元器件布好局后，执行画导线命令，将原理图连接成一个完整的电子数字钟电路图。此时记住，一定要在电路图的旁边放一个电源插件，以供以后为电路板提供电源。

5 生成网络报表

在绘制完原理图后，一定要为电路图生成一个网络报表。执行Design- Create Netlist菜单命令。绘制电路图的最主要的目的就是为了将设计电路转换成一个有效的网络表，经供其它后续处理程序使用。这样也可以检查出电路的连接网络是否跟自己要制作的电路要求一致。

网络表是联系原理图和PCB板中间的文件，PCB板布线需要网络文件（.net）。这样在PCB板中才能根据网络来连接线，所以一定要生成网络报表，并确保其没有空漏。

3.3 PCB的绘制

Protel 99 SE会为印制电路板生成各种报表。这些报表可以给用户提供有关设计过程及设计内容的详细资料。这些资料主要包括设计过程中的电路板状

态信息、引脚信息、元件封装信息、网络信息以及布线信息等。根据这些信息，我们可以清晰的了解电路中所用的元器件和一些相关信息。

1 生成引脚报表

引脚报表能提供电路板上选取的引脚信息。生成这些引脚的相关信息，可以让用户比较方便地检验网络上的连线。在电路板上选取需要生成报表的引脚，然后执行Reports—selected Pins菜单命令即可。

2 生成电路板信息报表

电路板信息报表的作用是给用户提供一个电路板的完整信息，包括电路板的尺寸、电路板上的焊点，导孔的数量以及电路板上的元件标号等等。执行Reports —Board Information菜单命令即可。对话框中还会显示各个内部层所接的网络和内部层间的连接方式。

3 生成网络状态报表

网络状态报表用列出电路板中每一条网络的长度。要生成网络状态报表，可以执行Rports—Netlist Status菜单命令，系统将打开文本编辑器，产生相应的网络状态报表。

4 生成元件报表

元件报表功能可以用来整理一个电路或一个项目中的元件，形成一个元件列表，以供用户查询。

电路特性报表用于提供一些有关元件的电特性资料。执行Reports—Signal Integrity菜单命令即可。

3.4 打印电路板

设置好了以后，就可以打印PCB了，直接点击打印按钮即可。在打印好PCB 后，就将图平敷在选好的铜板上，在这之前要将铜板用砂纸将铜板砂平。然后用印压机将图印到板上，注意的是，印压机的温度一定要高于140度。

3.5 元器件的装配与布局

在焊接元器件的时候一定要先根据板子尺寸的大小的排版的疏密程度来安排

元器件在电路板上的装配方式。对二极管子、电阻、电容的装配方式一般有直立式、俯卧式和混合式三种。

1、直立式：这种安装电阻、电容、二极管等都是竖直安装在印刷电路板上的。这种方式的特点是：在一定的单位面积内可以容纳较多的电子组件，同时组件的排列也比较紧凑。缺点是：组件的引线过长，所占高度大，且由于组件的体积尺寸不一致，其高度不在一个平面上，欠美观，元器件引脚弯曲，且密度较大，元器件之间容易引脚碰触，可靠性欠佳，且不太适合频率较高的电路采用。

2、俯卧式：二极管、电容、电阻等组件均是俯卧式安装在印刷电路板上的。这样可以明显地降低组件的排列高度，可实现薄形化，同时元器件的引线也最短，适合于较高工作频率的电路采用，也是目前采用得最广泛的一种安装方式。

3、混合式：为了适应各种不同条件的要求或某些位置受面积所限，在一块印刷电路板上，有的元器件采用直立式安装，也有的元器件则采用俯卧式安装。这受到电路结构各式以及机壳内空间尺寸的制约，同时也与所用元器件本身的尺寸和结构形式有关，可以灵活处理。

3.6 焊接与整机装配调试

信号输入前置放大部分，最容易感受到噪声干扰。因此，我们把转换电路安装在面板上，采用一点接地焊接，信号输入输出线均采用尽量短的屏蔽线。这样我们就有效的提高了放大器的干扰能力，使其达到系统指标要求。

后级功放电路所需电源功率较大，为使大信号也能不失真输出，必须使电流畅通无阻的供给功放级。因而在电源焊接工艺上，我们采用出铜线将正负电源接地分别连上焊牢，以减少其接触电阻。

整机调试时，用示波器逐级检查输入正弦信号的输出波形。若有波形失真，则通过判断其是否为高频失真（表现为有过冲量），还是低频失真（表现为上升沿和下降沿变斜或出现圆圈）来改变电路中相应的阻、容元件参数，使之最终达到指标要求

电路中各部分耦合电容均采用钽电容，电阻则采用金属膜电阻，使整机性能增加。

制作功放的整天效果与焊接、布线关系密切，为防止噪声干扰，减少失真，

机内各电路板装配非常讲究，本功率放大器电源部分和前置部分分别置于机箱相对的角上，以免前置级引入变压器干扰，同时，强弱信号也尽量分开，以免反馈自激。信号输入线采用屏蔽线，以减少外部干扰。

整机内部装配图图下，同时，为使面板不致呆板，设计时，在面板上布置大接线柱数字显示，引出试点。整个面板美观大方布局工整，便于测试。面板图如图：

图11 整机装配图

3.7 功能测试及结果分析

整个系统在调试时，分部分调试．首先是电源的调试，其次是前置放大级和转换电路的调试，然后是功率级本身的调试，最后将整个电路连接起来调试：

(1)额定功率P(：输入1 kHz正弦波，输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真。用示波器测到此时输出波形电压有效值为U=12.7 V，则PoR=U ／RL=12.72／10=16.1W。

(2)带宽BW ：通频带扩展为10Hz～50kHz。输入信号幅值不变，改变频率，用示波器测输出幅值，下限频率和上限频率对应的幅值。测得带宽为10 Hz～40 kHz。

(3)交流声功率：输入端短路时，用晶体管毫伏计测输出端交流电压有效值为1.38 mV。

(4)噪声系数：断掉信号，电源为其它电路提供电源，正常工作，输出噪声电压有效值V0N≤5mV。

(5)其它部分的测试完全正常，达到预期效果。