多通道混频器电路的proteldxp设计--课程设计--大学毕业设计论文.doc

课 程 设 计

课程名称 电子线路CAD课程设计
题目名称 调音台电路的
Protel DXP设计
学生学院 材料与能源学院
专业班级 13电材 1 班
学 号 3113007298
学生姓名 李晋宇
指导教师 贺春华

2015年 12 月 21 日

广东工业大学课程设计任务书
一、课程设计的内容
1．用Protel DXP建立一PCB工程项目。
2．层次原理图的总原理图设计。
3．各基本模块的原理图设计。
4．生成原理图报表（元器件清单、网络表）。
5．印刷电路板图绘制（设置PCB环境参数，元器件布局规则设置，元器
件布局手工调整；按设计任务书要求完成指定网络的布线宽度设置、其它
布线规则、布线参数设置，自动布线，手工调整布线）。
6．按设计任务书要求对指定网络进行覆铜。
7．建立项目元件库。
二、课程设计的要求与数据
1．按题目要求，每一位学生独立完成设计全过程。
2．采用自上而下的层次原理图设计方法。
三、课程设计应完成的工作
1．层次原理图的总原理图设计。
2．各基本模块的原理图设计。
3．印刷电路板图绘制。
4．设计报告。

四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
讲授设计要求、布置设计题目；电路整体规划
教1-302
12.21上午
2
层次原理图的总原理图设计
宿舍
12.21
3
各基本模块原理图设计，生成原理图报表
宿舍
12.22∽12.24
4
完成元器件布置，印刷电路板绘制，项目元件库的建立
宿舍
12.25、12.28
5
老师验收
宿舍
12.29∽12.30
6
撰写、完成、提交设计报告和电子版图
宿舍
12.29∽12.31

五、应收集的资料及主要参考文献
[1] 王浩全、傅英明、洪华、龙怀冰.Protel DXP电路设计与制版实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[2] 赵建领.Protel电路设计与制版宝典[M].北京：电子工业出版社，2007.
[3] 唐俊翟、冯军勤、张曜.Protel DXP应用实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.
[4] 任富民.电子CAD-Protel DXP电路设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

发出任务书日期： 2015 年 12 月 21 日 指导教师签名：贺春华

计划完成日期： 2015 年 12 月 31 日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

目录
一．多通道混频器电路的基本组成和原理简介 - 5 -
1. 1 电路系统的基本组成 - 5 -
1. 2 各个模块的基本工作原理 - 5 -
二、多通道混频器的设计方案与设计步骤 - 6 -
2. 1 设计方案 - 7 -
2. 2 设计步骤 - 7 -
三、电路系统的PCB设计 - 17 -
3. 1 生成PCB文件 - 17 -
3. 2导入PCB网络表,加载元器件 - 17 -
3. 3 元器件布局 - 18 -
3. 4 元器件布线 - 19 -
四、设计过程中遇到问题与解决方法 - 25 -
五、总结与心得体会 - 25 -
六、参考文献 - 26 -

多通道混频器电路的Protel DXP设计

一．多通道混频器电路的基本组成和原理简介
1. 1 电路系统的基本组成
电路系统一般都可以拆分为不同的功能模块，多通道混频器电路也不例外。整个电路系统由七个功能模块组成：（1）电源电路系统模块；（2）多路信号输入处理；（3）信号输入信道系统模块（8条通道）；（4）信号输出信道与LED电平指示系统模块（2条通道）；（5）监控器电路系统模块；（6）辅助设备信号处理；（7）效果信号输出模块。
1. 2 各个模块的基本工作原理
1. 2. 1 电源电路系统模块
整个电源模块是由桥式整流电路和滤波电路组成，首先交流电U1通过电源变压器变为合适的交流电U2，然后交流电再通过由四个二极管组成的整流桥，将交流电U2变为脉动的直流电压U3，最后通过滤波电路和稳压电路将脉动的直流电压U3转换为平滑、稳定的直流电压U4，这就是实现了将交流电压转换为直流电压的功能。
1. 2. 2 多路信号输入处理
接收器的功能是接受外来信号，再将信号传送到耳机或扬声器。首先外来信号通过一个12路的选择器，将所有信号中的某一个频率的信号输入到接收器里，这个信号在通过一个集成运放将信号放大，再传送到耳机或扬声器里。由于在信号放大的过程中可能会产生失真，这样就会使接收器接收到的信号不准确，因此本设计在集成运放后在添加了OCL电路，增大输入阻抗，尽量消除交越失真，以完善其功能。
1. 2. 3 信号输入信道系统模块
信号输入信道系统主要由多级集成运算放大电路组成。通过输入信号，信号先由第一级的集成运算放大器进行信号放大，然后分成两路进行再次放大，第一路通过两个积分放大电路形成的反相放大器将信号进行放大再输出，第二路通过同相放大电路将信号放大再由另一个端口输出，从而实现将声音信号转化为电信号。
1. 2. 4信号输出信道与LED电平指示系统模块
信号输出信道与LED电平指示系统模块由三级集成运算放大电路和显示电路组成，将信号输入信道系统模块输出来的信号进行三级放大，由LED显示模块显示出是哪个信道的信号输出。
1. 2. 5 监控器电路系统模块
监控器电路系统模块由一级电压跟随器和一级集成运算放大电路组成，其中电压跟随器增大了电路的输入阻抗，从而增强了电路的信号抗干扰能力。
1. 2. 6辅助设备信号处理
混频器电路系统模块由两级集成运算放大电路组成，通过两个积分放大电路将输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合进行放大。
1. 2. 7效果信号输出模块
带通滤波器电路系统是由两级集成运算放大电路组成，其中一级为低通滤波电路，另一级则为高通滤波电路，可以只让一定范围频率的信号通过，而其它频率的信号则不能通过。

二、多通道混频器的设计方案与设计步骤
2. 1 设计方案
由于多通道混频器由七个功能模块组成，如果要把这七个模块用一张图纸表示出来，那将会很麻烦。因此本设计采用自顶向下的层次原理图设计方法，先设计总图，再由总图画出子图，这样就比在一张图纸上将这七个模块表示出来简单明了得多了。
2. 2 设计步骤
2. 2. 1 总原理图的绘制
（1）点击FileàNewàProject,新建一个工程项目；
（2）点击FileàNewàSchematic,新建一个原理图，设置总原理图图纸；
（3）在总原理图上放置方块电路图和端口；
（4）采用导线进行电气连接，并放置网络标号；
（5）检查总原理图，并保存总原理图；
所绘制的总原理图如图（1）所示：

图（1）
总原理图里有两个电路模块是多通道的，多通道的设计方法如下：
（1） 双击击方块电路图，将弹出方块电路图的属性框；
（2） 修改方块电路图的属性，如图（2）所示，点击Ok即可。

图（2）
2. 2. 2 子图的绘制
1、子图的绘制步骤
（1）执行DesignàCreate Sheet From Symbol, 由总电路的方块电路符号生成新原理图中的I/O端口符号；
（2）加载元器件库，将所需要的元器件放置到原理图中；
（3）用导线进行电气连接，更新流水号；
（4）重复（1）、（2）、（3）的步骤，完成余下子原理图绘制。
2、各功能模块的子原理图
（1）电源电路系统模块，如图（3）所示

图（3）
（2）多路信号输入系统模块，如图（4）所示

图（4）
（3） 信号输入信道系统模块，如图（5）所示

图（5）
（4） 信号输出信道与LED电平指示系统模块，如图（6）所示

图（6）
（5） 监控器电路系统模块，如图（7）所示

图（7）
（6） 辅助设备信号处理，如图（8）所示

图（8）
（7） 效果信号输出模块，如图（9）所示

图（9）
2. 2. 3 对整个工程文件进行编译和检查
点击ProjectàCompile PCB Project，如果编译后没提示Error，则电路图是正确的，如果出现了Error，则应该检查电路，并予以改正。
2. 2. 4 层次原理图之间的切换
（1）总原理图切换到子图
单击ToolsàUp/down Hierarchy，当鼠标变为十字光标时，点击方块电路图，就可以切换到子原理图。
（2）子图切换到总原理图
单击ToolsàUp/down Hierarchy，当鼠标变为十字光标时，点击子图的端口，就可以切换到总原理图。
2. 2. 5生成原理图网络表文件
单击DesignàNetlist For ProjectàProtel,即可生成原理图网络表，原理图网络表如下所示：
[
_CIN1
RB7.6-15

]
[
_CIN2
RB7.6-15

]
[
_CIN3
RB7.6-15

]
[
_CIN4
RB7.6-15

]
[
_CIN5
RB7.6-15

]
[
_CIN6
RB7.6-15

]
[
_CIN7
RB7.6-15

]
[
_CIN8
RB7.6-15

]
[
C1
RAD-0.3

]
[
C2
RAD-0.3

]
[
C3
RAD-0.3

]
[
C4
RAD-0.3

]
[
C5
RAD-0.3

]
[
C6
RAD-0.3

2. 2. 6 生成元器件列表
点击ReportsàBills of Materials,即可生成元器件列表，然后将元器件列表保存。元器件列表如图（10）所示
Description
Designator
Footprint
LibRef
Quantity

Capacitor
C1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C3
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C4
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C5
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C6
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN3
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN4
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN5
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN6
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN7
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C7_CIN8
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN3
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN4
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN5
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN6
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN7
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C8_CIN8
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN3
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN4
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN5
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN6
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN7
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C9_CIN8
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN3
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN4
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN5
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN6
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN7
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C10_CIN8
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C11
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C12
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C13_COUT1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C13_COUT2
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C14_COUT1
RAD-0.3
Cap
1

Capacitor
C14_COUT2
RAD-0.3
Cap
1

Polarized Capacitor (Radial)
C15
RB7.6-15
Cap Pol1
1

Polarized Capacitor (Radial)
C16_CIN1
RB7.6-15
Cap Pol1
1

Polarized Capacitor (Radial)
C16_CIN2
RB7.6-15
Cap Pol1
1

Polarized Capacitor (Radial)
C16_CIN3
RB7.6-15
Cap Pol1
1

Polarized Capacitor (Radial)
C16_CIN4
RB7.6-15
Cap Pol1
1

图（10）
三、电路系统的PCB设计
3. 1 生成PCB文件
生成PCB文件的方法很多，本设计采用向导创建新的PCB，首先点击Files面板中New From Template里的PCB Board Wizard就会弹出创建新的PCB的框。然后设置PCB板的参数，选择相应的选项并修改相应的参数，并自定义PCB板尺寸，这里我选择PCB文件的尺寸为宽为30000mil，高为40000mil并采用双层板进行设计。在PCB覆铜数选项中，“Signal layer”设置为“2”，“POWER PLANES”项中设置为“0”。在过孔方式选项中选择“Thuhole Vias only”。过孔的大小外径设为50mm，内径设为30mm，设置完相关参数并按“Finish”后，便可以生成PCB文件了。
3. 2导入PCB网络表,加载元器件
（1）点击DesignàImport Changes From Project,就会出先如图（11）所示：

图（11）
（2）点击Validate Changes检查有没有错误，然后点击Execute Changes即可加载元器件。
3. 3 元器件布局
由于该设计器件较多，如果采用自动布局的话，会很慢。所以本设计采用手工布局。
3. 4 元器件布线
3. 4. 1 元器件自动布线规则设定
（1）点击DesignàRules,将弹出如图（12）的属性框。

图（12）
（2）点击Routing里的Width，将布线的宽度改为24mm，然后点击Ok。
3. 4. 2 对8个输入通道的信号输入信道系统和2个信号输出信道与LED显示系统模块进行布线
对多通道电路布线的方法如下：
（1）将信号输入信道系统模块的其中一个通道的room拖到布线区域，然后
将属于这个room的元件布局到这个room中；
（2）点击All Route里的Room对该room进行布线；
（3）布完线后，复制room空间格式，命令为：
Design—rooms—Copy Room’s Formats，此时鼠标变成十字形，
现点击源room，然后点击目标room。就可以将其他通道的元器件布局与布线进行复制。
对信号输出信道与LED显示系统模块的布线，只要重复以上步骤即可。
3. 4. 3 对其他五个模块进行布线
（1）将其余五个模块中其中一个模块的room拖到布线区域，进行布局；
（2）点击All Route里的Room，当光标变为十字光标时，点击要进行布线的模块，等待该模块布完线；
（3）重复（1）、（2），对其他四个模块进行布线。
3. 4. 4 进行全局自动布线
将各个布完线的模块，进行编排，排好位置后，进行全局布线。点击All Route里的ALL将出现如图（13）的属性框，然后点击Route All，软件将会对元器件进行自动布线。

图（13）

布完线的PCB文件如图（14）所示

图（14）

3. 4. 5元器件标注更新
自动布完线后，电路报上元件的标注会显得十分杂乱，必须对其进行调整。
（1） 点击Tools里的Re-Annotate，将弹出一个对话框，点击Ok，将生产成一个新的网络表；
（2） 点击Design里的Update Schematics in Project，将弹出一个对话框，点击yes，就可以更新元器件标注。
3. 4. 6 放置焊盘，并修改焊盘属性
（1）点击Place里的Pad，在PCB板的四个角放置四个焊盘；
（2）双击焊盘，将弹出焊盘的属性框，修改焊盘的属性。
3. 4. 7 覆铜
为增强电路板的抗干扰能力，可对整个电路板的接地网络进行覆铜。方法如下：
（1） 点击Place里的Polygon Pour选项，将弹出一个对话框，将对话框里的Net Options选项改为GND，点击Ok即可。如图（15）所示

图（15）
（2） 对底下的信号层的接地网络进行覆铜，重复步骤（1）。
3. 4. 8 生成PCB报表
点击Reports里的Board Imformation，就可以生成PCB报表。PCB报表下所示
Specifications For PCB2.PcbDoc
On 2011-1-7 at 2:06:55

Size of board 31.39 x 40.267 inch
Components on board 572

Layer Route Pads Tracks Fills Arcs Text
------------------------------------------------------------------------
Top Layer 290 2562 24 4 0
Bottom Layer 0 2428 0 4 0
Mechanical 1 0 178 0 20 72
Mechanical 2 0 32 0 0 0
Top Overlay 0 3139 6 132 1261
Keep-Out Layer 0 4 0 0 0
Drill Drawing 0 0 0 0 2
Multi-Layer 1217 0 0 0 0
------------------------------------------------------------------------
Total 1507 8343 30 160 1335

Layer Pair Vias
----------------------------------------
Top Layer - Bottom Layer 258
----------------------------------------
Total 258

Non-Plated Hole Size Pads Vias
----------------------------------------
----------------------------------------
Total 0 0
……
3. 4. 9 建立项目元件库
将本设计的所有元件封装存入一个自己命名的元件库中，单击DesignàMake PCB Library,即可生成一个元件封装后胡元件库。
四、设计过程中遇到问题与解决方法
在编译工程中，刚开始时出现了一部分错误，但是我又不知道怎么改，本想直接跳过这个步骤就直接做PCB的，但是我没有那么做，终于在考虑了半天哪里出错后，原来总图那里多通道端口的名称错了，在原来的端口名称上加多了个Repeat，结果再编译，就没出现错误了。
五、总结与心得体会
通过本次《电子线路CAD》的课程设计，从整体上我对Protel DXP的应用有了更加深入，更加全面的了解。在这个过程中，通过对软件的不断摸索，熟练地掌握了Protel DXP软件的使用，无论是绘制电路原理图还是绘制电路的PCB版图，自己都思考了它的过程，从中学到了很多基本甚至是高级的应用。特别地，在绘制电路系统的PCB版图时，自己从中学到了很多元器件的布局原则，这对实际的应用很有帮助。同时，这让我懂得电路板的设计不但要考虑器电气性能，还要考虑成本，美观等因素。
另外，我觉得本次CAD课程设计是一个综合性的设计平台。除了进一步熟悉地运用Protel DXP软件以及掌握设计印刷电路板的整个过程，我还学会了如何设计一个复杂的多通道混频器电路，学会了如何应用以前学过的模拟电子电路的基本知识来分析多通道混频器电路系统各个功能模块的基本工作原理。
总而言之，这次电子线路CAD的课程设计我获益匪浅，不仅熟练地掌握了Protel DXP的使用，而且巩固了我以前学过的知识，而且进一步扩大了我的知识范围。

六、参考文献
[1] 王浩全、傅英明、洪华、龙怀冰.Protel DXP电路设计与制版实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[2] 赵建领.Protel电路设计与制版宝典[M].北京：电子工业出版社，2007.
[3] 唐俊翟、冯军勤、张曜.Protel DXP应用实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.
[4] 任富民.电子CAD-Protel DXP电路设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

- 25 -