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开发一款硬件产品包括:电子部分和结构部分。目前团队成员均采用线上合作的方式,而电子工程师和结构工程师没办法像线下一样保持紧密的面对面沟通,因而需要约定板框图高效的进行PCB设计。
工具:结构设计采用SolidWorks,原理图及PCB设计采用Altium Designer
工作流程
前置条件
需求确认(产品或者项目负责人给出)、原理图框图设计完成、主要器件(相对大且占空间的芯片、阻容、接口等)确认
产品建模前期工作与原理图前期工作
- 由产品和结构工程师配合进行产品建模,考虑产品体积、成本、形态、接口排列、丝印、ID、结构、可复用性……,画出初步的示意图(仅仅画出能想到的内容),并输出初步的板框尺寸。
- 电子工程师根据需求完成原理图设计(主要原理图,尤其是较大空间占用元器件和接口、按钮等,过程中每个元器件均要进行建模,逐步形成具有3D模型的常用库文件)


- 完善库文件



库说明
Audio(音频):蜂鸣器,麦克风
Batteries(电池):纽扣电池
Capacitors(电容):贴片电容,电解电容
Connectors(连接器,接插件):排针,排母,USB,SD卡,以太网口,射频接口,连接器端子
Crystals & Oscillators(晶体和振荡器):无源晶振,有源晶振
Diodes(二极管):贴片二极管,直插二极管
Fuses(保险丝):贴片保险丝
Inductors(电感):电感
Integrated Circuits-Amplifiers(集成电路-放大器):运算放大器,比较器,耳机放大器
Integrated Circuits-Clock&Timing(集成电路-时钟&定时):I2C时钟,555定时器
Integrated Circuits-Drivers(集成电路-驱动器):双全桥驱动,直流电机驱动,进步电机驱动,
Integrated Circuits-Interface(集成电路-接口):电平转换器,扩展器,CAN收发器
Integrated Circuits-Logic(集成电路-逻辑):移位器,总线收发器,双差分比较器,时钟,定时器
Integrated Circuits-Memory(集成电路-存储器):I2C串行EEPROM,SPI串行闪存,RAM存储器串行
Integrated Circuits-Power Supply(集成电路-电源):电压调节器,低压差调节器,低压差线性调节器,电池充电器,降压开关稳压器,切换器,降压转换器,电源控制器,负载开关
Integrated Circuits-Processrs(集成电路-处理器)
Integrated Circuits-Wireless(集成电路-无线):蓝牙芯片系统,WIFI系统,蓝牙RF,单片收发器
LED(LED灯):发光二极管,贴片LED灯
Mechanical(机械)
Miscellaneous(混杂的)
Optoelectronics(光电学):光耦
Radio&RF(无线电&射频)
Relays(继电器):继电器
Resistors(电阻):贴片电阻,直插电阻
Sensons(传感器):各种小芯片
Switches(开关):轻触开关,拨动开关,拨码开关
Transformers(变压器):
Transistors(三极管):贴片三极管,直插三级管
Uncategorized(未分类)
GPIO分配,板对板连接方案确认,确定关键物料
(芯片、接口、按键等影响结构尺寸的物料要确定下来)
- 如果是有板对板连接的设计,要在确认好板对板连接方式,方便结构进行设计,前期可以通过系统框图进行设计,并留出冗余引脚

- 如果原理图已经有大概的版本,将原理图导出到前期的初步结构板框中,给出需要的板框面积,如果没有这个面积,需要参与到结构设计中,估算板框面积,如果原理图设计过程中发现预估的板框大小与实际出入较大(不够或者过大)都需要尽早反馈到结构这边(一发现就反馈)
结构设计细化并输出板框图(重点关注)
- 根据需求完成结构设计(SolidWorks可以导出 exe 模型文件,这样每个相关人员都可以进行结构确认,Windows电脑都可以打开,无需下载软件)

- 输出板框图(尽可能详细的传达出设计要求),这里以上图文件主板中的顶部的板子为例
- 输出上层板框图(需要注意,SolidWorks导出图后有很多细节,需要删除,仅保留器件边框,孔位等关键信息即可,方便导入AD中)
- 导入AD中修改
顶层版



导入后通过边框建立板框大小,


新建layer

通过层叠管理器设置PCB厚度,

板厚1.6 ,修改中间基材板厚为1.5,取决于PCB加工时候选择的板厚

多层板的堆叠设置也在这个界面(以4层板为例)

这里我们约定Mechanical layers如下 - (仅结构和丝印部分,信号层符合一般PCB设计信号层定义即可,根据板子层数不同定义)
- Mechanical 1(默认) 机械切割层,颜色紫红色,标识板框切割和板子上需要打结构孔位的地方(如果封装有孔不需要用Mechanical 1 画面)
- Mechanical 15 顶层的辅助线 颜色绿色,不显示为丝印,这一层放置Top层关键物料的位置,同时说明Top层禁布区域和限高得信息。
- Mechanical 15 底层的辅助线 颜色青色,不显示为丝印,这一层放置Bottom层关键物料的位置,同时说明TBottom层禁布区域和限高得信息。
我们约定丝印如下:用户交互丝印有结构设计给出,并且确定位置(包括不限于:接口标识,操作说明,组装说明,注意实现等用户给用户看到信息)
Top层用亮黄色(默认),Bottom层用暗黄色(默认),用铜皮显示的区域用Paste层标识2332

Mechanical 15

Mechanical 16

Top OverLay

Bottom Overlay

模版文件
将产品所有的板框图按如上步骤给到电子工程师,完成PCB设计
过程中要及时沟通,如果在板框图上标识好的位置,如果因为布线方便或者信号完整性问题要调整,需要及时在项目小组内反馈


过程中确保每个元器件都要有相应的3D模型,如果没有,找结构工程师绘制或者平台下载,几个好的下载平台(工作由结构人员负责找,电子技术人员一般不擅长找模型) https://grabcad.com/library https://www.3dcontentcentral.cn/ https://www.szlcsc.com/
重新建模,将AD导出3D模型
目前采用导出step格式,有硬件通过贴图和重新配色的方式进行还原模型
还原后进行进一步检查(接口、结构干涉、丝印、细节等……)
以另外一个主机为例

后续研究是否可以有好的方案可以使用到Altium MCAD 协同设计器 :https://www.altium.com/documentation/altium-codesigner
确认无误后外发打样
导出Gerber文件、导出生成装配文件、给出生成要求文件
- 作者:Schafer
- 链接:https://www.meindigilife.com//article/PCB_Board_Diagram_1
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议,转载请注明出处。