外观

三、电路板设计 ​


   了解完基于天空星的信号调理板硬件电路原理后接下来进行原理图与PCB电路板设计环节，原理图设计部分包含了元器件选型、元器件搜索以及原理图整理的内容；PCB设计部分包含边框设计、元器件分类布局、PCB走线与设计检查、PCB生产与打样等内容。

1 原理图设计 ​

1.1 工程创建 ​

   打开嘉立创EDA专业版编辑器（ https://pro.lceda.cn/editor ）， 登录账号后选择创建工程， 输入工程名称：天空星-信号发生器拓展板，系统会自动创建一个工程项目，接下来就在该项目中完成天空星-信号发生器拓展板原理图&PCB设计。

   创建好工程后打开左侧工程列表中的Schematic1图页，在右侧画布区域放置元器件进行连接，底下的PCB1是用来绘制PCB图的页面，设计流程是先完成原理图的设计后再到PCB设计。

   若器件较多，一个原理图页放置不下，也可以在原理图中点击鼠标右键进行新增图页，一个板子中能存在多个图页，但一个板子中仅能存在一个PCB板图纸。

1.2 元器件搜索 ​

   元器件搜索的方式有三种途径，第一种可以在左侧的常用库中找到官方提供的参考库进行放置，优点是比较方便，缺点是库种类较少；第二种方式是通过顶部菜单栏中的放置按钮选项，可以看到器件实物图与参考价格、数据手册等信息；第三种方式是在软件底部面板中搜索放置器件，这种方式的好处是可以看到所选器件的符号、封装与3D模型效果图。

使用技巧：熟悉使用快捷键可以大大提升设计效率哦~

1.3 元器件放置 ​

   为了方便初学者学习，该项目提供了完成电路图中所需的元器件清单，可以直接根据器件清单中提供的器件编号及备注信息进行元器件的搜索和放置。以底部面板搜索器件为例，在原理图工作区打开底部库面板，选择器件类目，在搜索栏中输入器件编号，进行搜索找到对应元器件点击放置在画布中即可。里面的M3铜柱在EDA左侧常用库的最后一项可以找到并放置。

1.4 物料清单 ​

序号器件名称器件参数数量器件封装器件编号
1LCKFB-LSPI-SkyStar-GD32F407VET6-LITELCKFB-LSPI-SkyStar-GD32F407VET6-LITE1DIP-80_L44.97-W69.97-P2.54X2-LS35.9C20607214
2SMA连接座BWSMA-KE-P0014SMA-SMD_BWSMA-KE-P001C496550
3固态继电器TLP172GM1SMD-4_L4.6-W3.7-P2.54-LS7.0-BRC261926
4电容100nF1C0805C28233
5电阻680K1C0603C137690
6电阻220K1C0603C22961
7电阻100K1C0603C25803
8电阻10R5C0603C22859
9开关二极管1N4148WS2SOD-323_L1.8-W1.3-LS2.5-RDC2128
10运算放大器OPA2197IDR2SOIC-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BLC139363
11数字电位器MCP41010T-I/SN1SOIC-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BLC136395
12电容100nF16C0603C14663
13电容2.2nF1C0603C1604
14电阻6.8K2C0603C23212
15比较器LMV331TP-TR1C0603C108095
16电阻10K5R0603C25804
17电阻22K1R0603C31850
18电容1uf3C0603C15849
19LDOLP5907MFX-3.3/NOPB1SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BRC80670
20电阻1K1R0603C21190
211.8寸排针接口1*8P-2.54排母1R0603C2897371
22按键TS-1009S-038263SW-SMD_4P-L4.5-W4.5-P3.00-LS7.0_TS-1009S-03826C455243
23有源晶振75Mhz1OSC-SMD_4P-L3.2-W2.5-BLC5452679
24DDSAD98341TSSOP-20_L6.5-W4.4-P0.65-LS6.4-BLC116589
25电容510pF1C0603C107052
26电阻300R1C0603C23025
27电阻200R2C0603C8218
28电容180pF2C0603C440147
29电感560nH2IND-SMD_L2.4-W1.7C6808062
30电容330pF2C0603C1664
31电感620nH1IND-SMD_L2.4-W1.7_NL201614C252019
32电阻910R2C0603C2692782
33电阻1K2C0603C110776
34电阻2K1C0603C728588
35模拟开关SN74LVC1G3157DBVR2SOT-23-6_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-BRC10426
36电阻390R2R0603C23151
37电容820pF2C0603C107057

1.5 原理图整理 ​

  完成元器件放置后接下来进行电路图的连接与整理工作，参照以下电路图，完成元器件间的连接，使用网络标签可以替代导线连接，两个相同网络的位置放置相同网络标签即可。接下来按功能模块划分各个电路，使用矩形边框包围住各个电路模块，并用文本加上电路模块标识说明。最好使用设计菜单栏下的检查DRC功能查看电路连接是否有误。

2 PCB布局与走线 ​

2.1 边框设置 ​

  边框与开发板的边框保持一致；需要自行描绘线条或矩形设计。

2.2 PCB布局 ​

  边框放置好后可以将四个螺丝孔放置在板子四周，布局时可以先将大尺寸器件放置在板子内部，进行初步局，使整个板面电路模块清晰，布局合理，方便使用。

  布局时元器件相互连接处有一根淡蓝色的线条，这根线叫做飞线，它起的作用是告诉我们那两个焊盘是相同网络，需要使用导线连接，所以飞线也叫做指引线。但是页面中飞线太多影响布局摆放，在布局走线时可以将GND网络的飞线隐藏，使页面更简洁。隐藏方式是：在左侧“工程设计”列表中选择网络，在搜索栏中搜索GND，在飞线列表中将GND前的眼睛关闭即可。走线完成后别忘了重新打开哦~

  接下来布局时把相关模块电路放到一起，按照飞线的指引摆放，尽可能使飞线水平，走线时减少拐弯，开关接口靠边方便操作，布局时可以使用3D预览功能实时查看布局效果是否合适。最终布局效果如下所示。

2.3 PCB布线 ​

  好的布局已经成功了一半，接下来只需掌握以下几点走线基本要求即可：

  • 建议优先使用顶层走线，走不通的地方切换到底层进行连接；
  • 走线以直线为主，如需拐弯时拐角以135°钝角或圆角优先，减少直角的使用；
  • 走线线宽电源线宽大于信号线，该项目中信号线走线宽度为10或8mil，电源走线使用填充区域大范围连接；
  • 覆铜完成后如果还存在飞线，可通过在存在飞线的位置放置对应网络的过孔或者是调整走线位置使网络能够连接，也可以采用手动接线的方式消除飞线；
  • 走线完成后可在“工具”菜单栏选择泪滴添加，加强焊盘与走线的连接，最后再进行铺铜操作，如果对走线有移动调整也应使用快捷键Shift+B进行重建覆铜。

  完成走线后点击底部面板中的检查DRC按钮，若显示无报错警告，则代表该PCB设计完成。实际设计过程中往往可能出现各种错误，也可以通过检查DRC找到错误点进行修改，确保PCB板设计一板成功！

3 注意事项 ​

1、在绘制原理图中应注意：

  • 按模块电路划分进行绘制，注明电路功能；
  • 在图纸属性上填写工程名称等信息；

2、在采购物料中应注意：

  • 先筛选有库存物料，再筛选价格排序进行购买；
  • 尽量购买同一仓库物料，选择靠近的货仓，缩短交货时间；
  • 购买有多个订单时，可以通过绑定订单方式，节省运费；
  • 在物料清单中，天空星的物料是2*20P排母，还需要再购买天空星开发板

3、在PCB Layout中应注意：

  • 滤波电容应注意电流流向，尽量离需滤波元件近一点；
  • 走线优先走直线，需要拐弯的地方以钝角或圆弧为主；
  • 在绘制调整完PCB后加上泪滴，使板子更加美观稳固；
  • 添加丝印标识，注释说明接口功能；
  • JLCJLCJLCJLC指定客编丝印可藏在器件下，成板美观；
  • 项目主要是信号检测，应该优先考虑adc信号的流向以及底层GND的回流路径，由于是两层板，尽量保证，顶层走线顺畅，布局整齐，底层GND完整。