零基础入门PCB设计 一实践项目篇 第四章(STM32开发板PCB设计)

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1、准备工作

(1)基于上面绘制的原理图,点击下图所示按键,将原理图转换到PCB。

(2)设计规则更改(未提及的保持上一实验的设置即可):

(3)板框和定位孔绘制:

①选择板框层,再在菜单栏中选择"放置"→"线条"→"矩形",然后将矩形的第一个角放置在原点,尺寸设置为宽80mm、高100mm、圆角半径3mm。

②选回顶层,将四个M3螺丝添加到板子的四个角附近,将左上角的螺丝置于(x = 3.2mm,y = -3.2mm处),将左下角的螺丝置于(x = 3.2mm,y = -96.8mm处),将右上角的螺丝置于(x = 76.8mm,y = -3.2mm处),将右下角的螺丝置于(x = 76.8mm,y = -96.8mm处)。

(3)为避免后续误操作螺丝和板框,可选中它们,右键选择锁定。

2、模块化布局

(1)Type C接口预布局:

(2)主控芯片电路、晶振电路和复位电路预布局:

①注意VCC+3.3V引脚各需连接一个滤波电容,这在原理图上体现不出来,需在PCB中体现。

②晶振电路需贴近主控芯片引脚放置。

(3)DCDC电路预布局:

TPS5450对布局有一定的要求,具体可参考其数据手册,总得来说就是要求通顺(即所有可能流过大电流的路径尽可能短)、减少干扰(即对精度要求高的电流,其途经的导线尽可能远离高频信号,如PWM波)。

(4)LDO电路预布局:

(5)+5V电源合路预布局:

(6)模数地分离电路预布局:

(7)BOOT引脚选择电路(单片机启动模式配置电路)预布局:

(8)SMA接口电路预布局:

(9)LED指示灯电路与按键检测电路预布局:

(10)SPI接口、I2C接口、USART接口、SWD调试接口电路预布局:

(11)串口转USB通信电路预布局:

(12)程序自动下载电路预布局:

3、整体布局

(1)插拔接口、按键一般放置在板子边缘,Type C接口需要超出板子一点点。需要注意的是,拖动一个接口时最好直接选中其所在模块的全部元件,尽量不要一个一个放在板子上,这样容易将同一个模块的元件打散。

(2)继续将LDO电路、程序自动下载电路和串口转USB通信电路放置在板子上。(下图中的1N4007W封装有误,后续已修正,此处请忽略)

(3)主控芯片放在板子中央,当然,并非绝对中央,尽量不要放在边界即可,因为它们往往在四个方向都有引脚连接外部电路,同时排针放在板子两侧,但不是绝对边缘,因为还要预留位置添加丝印指示针脚对应的引脚名称。(下图中的1N4007W封装有误,后续已修正,此处请忽略)

(4)通信外设接口置于板子下方即可,3个4PIN的置于顶层,剩下两个置于底层。

(5)将剩余模块逐个塞进空余位置,若发现空间不足或有减少飞线交叉的布置方法,可对其它模块的元件进行微调甚至更改原理图的接法(但不能改变原理图的功能,同时PCB上也不能拆散它们),部分占地面积较大的器件可考虑放在底层。(下图中的1N4007W封装有误,后续已修正,此处请忽略)

(6)粗糙的整体布局已经完成,接下来需要对各器件的摆放进行微调,当然,这一定不是最终布局。

①电源指示灯统一放置在右上角,因为仅仅是两个指示灯,没有承担什么很重要的功能,可以与其原本的模块分开摆放。

②DCDC电路要严格按照布局要求进行布局。

③SMA接口的间距需大于3mm。

4、PCB信号线布线

(1)对于这块板子而言,需要优先布置信号线,特别是一些飞线比较短的信号连线,需要优先布线,如晶振电路,这里的晶振使用的是单端晶振,不需要做差分布线,当然,仍然需要在其周围打一圈地过孔以减少其对外部电路的干扰。

(2)接着完成单片机GPIO引脚与插针的布线,它们多且占地面积大,如果最后再布置它们,将会非常麻烦。

(3)继续布置其它模块的信号线,建议先从下边的模块开始,因为刚刚完成了GPIO引脚与插针的布线,在此基础上与GPIO引脚连接的飞线最好尽快布置,而下边的模块有非常多的焊盘要与GPIO引脚连接,同样的,先从短的飞线开始。

(4)接着再布置上边的模块,注意USB协议的信号线需要添加为差分对。

5、PCB电源线布线

电源线的电流较大,空间足够的情况下需要使用铺铜将电源飞线"消除",同一个电源网络用同一片铺铜覆盖,也可以通过过孔配合另一面的铺铜或者宽导线(宽度视焊盘大小和间距而定,尽可能大)将它们连接起来。需注意DCDC电路的布线要求,电感区域设置禁止铺铜区(以其方框丝印为边界)。

6、模拟地和数字地铺铜

(1)首先铺设模拟地网络的铜,铺铜实际上也是将同一个网络各个结点连通的过程,同样可以通过实心填充、导线连接加打过孔的方式将它们连接。

(2)接着再对数字地进行铺铜,具体操作不再赘述。

7、PCB丝印设计

8、DRC检查

(1)完成以上内容后即可进行DRC检测,如果报错,则根据错误提示信息修改即可。

(2)选择菜单栏中的"文件"→"导出"→"PCB制板文件",即可导出Gerber文件,此文件可发给商家进行打板。

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