U盘PCB板设计
第14章 综合实例-U盘电路的设计
②单击原理图符号绘制工具栏
中的放置矩形图标 ，放完矩形，随后会出
现一个新的矩形虚框，可以连续放置。右击或者按Esc键退出该操作。
3
③单击放置引脚图标 ，放置引脚。K9F080U0B一共有48个引脚，在Component属性（
Properties）面板的Pins标签页中，单击
按钮，添加引脚。在放置引脚的过程中，按下
20
③单击
按钮，在弹出的选择封装类型界面中选择用户需要的封装类型，如DIP或BGA
封装。在本例中，采用Quad Packs封装，如图所示，然后单击
按钮。接下来的几步
均采用系统默认设置。
设置引脚数
命名封装界面
设计完成的IC1114元件封装
21
（1）返回PCB编辑环境，单击右侧【Components】中的 按钮，选择【File-based Libraries Preferences】即可打开【可用的基于文件的库】，将设计的库文件添加到可用库
22
3.绘制PCB板
对于一些特殊情况，如缺少电路原理图时，绘制PCB板需要全部依靠手工完成。由 于元件比较少，这里将采用手动方式完成PCB板的绘制，其操作步骤如下：
（1）手动放置元件。
在PCB编辑环境中，单击菜单栏中的【 放置】|【器件】命令，或单击布线工具 栏中的放置元件图标 ，系统将弹出
【库】对话框。
1. 制作K9F080U0B元件
单击菜单栏中的【文件】|【新的】|【库】|【原理图库】命令，新建元件库文 件，名称为Schlib1.SchLib。
①切换到SCH Library面板，单击菜单栏中的【工具】|【新器件】命令，弹出New Component窗口。输入新元件名称为Flash，如图所示。
U盘PCB板设计方案
U盘PCB板设计方案1. 引言U盘是一种常见的便携式存储设备，广泛应用于个人电脑及其他设备之间的数据传输。
为了满足不同用户的需求，设计一款高性能、可靠性和易用性的U盘至关重要。
本文档将介绍U盘PCB板的设计方案，包括硬件设计、PCB布局和连接方式等方面。
2. 硬件设计2.1 主控器U盘的主控器是整个设备的核心。
主控器通常通过USB接口与计算机或其他设备进行数据传输。
在选择主控器时，需要考虑其处理器性能、存储容量和数据传输速度等因素。
2.2 存储芯片U盘的存储芯片用于存储和读取数据。
常见的存储芯片包括闪存芯片和DRAM芯片。
选择存储芯片时，需要考虑容量、读写速度和稳定性等因素。
2.3 电源管理U盘的电源管理模块用于向主控器和存储芯片提供电源。
电源管理模块需要满足低功耗和稳定的电压输出要求，以确保设备的正常运行。
2.4 连接器U盘的连接器用于与计算机或其他设备进行物理连接。
常见的连接器类型包括USB-A、USB-C和Micro-USB等。
在选择连接器时，需要考虑设备的兼容性和易用性。
3. PCB布局在进行PCB布局时，需要考虑以下几个因素：3.1 尺寸和形状根据U盘的设计要求和功能，确定PCB板的尺寸和形状。
通常情况下，U盘的PCB板应该尽可能小巧轻便，以方便携带和使用。
3.2 信号和电源线路分离为了避免信号干扰和电源噪声，应该将信号线路和电源线路分离布局。
通过合理的布局方式，可以最大限度地降低信号串扰和电源噪声对设备性能的影响。
3.3 地线布局地线是保证信号完整性和设备稳定运行的重要因素。
在PCB布局时，应该合理安排地线的走向和布局，减少地线的长度和回路面积，以降低地线电阻和电磁干扰。
3.4 组件布局在PCB板上合理布置组件，以提高电路的可靠性和抗干扰能力。
应该根据信号链路和电路功能的关系，将相关的组件集中布局，以缩短信号路径和减少干扰。
4. 连接方式U盘的连接方式取决于其连接器类型和计算机的接口。
U盘电路设计
U盘电路设计4.1 创建U盘原理图元件U盘的整体电路图如下页图所示，分析该原理图可知，该电路主要由U盘控制器U2（IC1114）和存储器U3（三星K9F0BDUDB）组成，而电压转换器U1完成将电脑提供的VUSB电压转换为VCC电压。
其中几个核心元件，电压转换器U1、控制器U2、存储器U3和写保护开关SW1，都必须自己创建。
同时为了连线简单清晰，控制器和存储器之间采用了总线的方式连接。
创建电压转换器U1、控制器U2、存储器U3和写保护开关SW1的原理图元件。
1. 创建新的PCB工程文件“UPAN.PRJPCB”。
2. 创建新的原理图文件“UPAN.SCHDOC”。
3. 创建新的原理图库文件“UPAN.SCHLIB”。
放置自制的原理图元件对于自制的原理图元件，可以点击【Place】放置按钮，将选中的元件放置到原理图图纸中，如图所示，将自制的U盘控制器IC1114放置到原理图中。
4.2 添加网络标号和绘制总线放置完元件后，接下来就是绘制元件引脚之间的连线了，由于控制器和存储器之间的连线非常复杂，地址线、数据线、控制线达到几十条之多。
因此必须采用网络标号和总线的方法进行绘制。
确定和添加元件封装因为U盘体积非常小巧，电路板面积很小，所以电路板中的元件绝大部分采用SMD元件，以节省电路板面积。
根据前面章节的介绍，并结合元件的实际外形和管脚排列情况，而且部分元件还参考了元件供应商提供的技术和封装参数，确定合适的元件封装如表所示。
1.确定A T1201的封装2. 确定IC1114的封装3. 确定存储器K9F0BDUDB 的封装USB 接口J1的外形和引脚封装2.522.52.541.254.51234写保护开关SW1的外形和引脚封装晶体振荡器Y1的外形和封装11.2 新建PCB 文件并绘制电路板边框根据设计的要求和U 盘外壳的限制，确定电路的长、高尺寸。
经过分析，确定本电路板长、高参考尺寸为：45×15mm ，并且受外壳固定柱的限制，中间有一个半径为1mm 的半圆形的缺口，便于该电路板固定于U 盘外壳中，如图所示。
u盘生产工艺流程
u盘生产工艺流程U盘是一种常用的外部存储设备，其生产工艺流程主要包括材料准备、PCB（印刷电路板）制作、主控制芯片焊接、外壳组装、测试以及包装。
首先，制作U盘需要准备好相关的材料，包括U盘的外壳、PCB板、主控制芯片、内存芯片、USB接口等。
这些材料一般会通过供应商购买。
接下来是PCB板的制作。
首先，需要根据产品设计要求绘制电路原理图和布局图，然后将这些图纸传输到电脑上，通过打印机将电路图印制到覆铜板上，并使用光敏感胶涂覆在覆铜板表面。
然后将胶涂覆的覆铜板与透明胶片进行正胶对位，利用紫外光曝光机和荧光灯进行曝光。
曝光后，将覆铜板进行蚀刻，除去覆铜板上未暴露在光线下的铜层，形成印制电路。
PCB板制作完成后，接下来是主控制芯片的焊接。
先将主控制芯片通过焊接机进行定位和预热，然后使用高温熔接锡膏，将主控制芯片焊接到PCB板上的焊盘上。
焊接完成后，对焊接过程进行质量检测，确保焊接质量良好。
然后是外壳组装。
将焊接好的PCB板装入U盘的外壳内，然后将外壳封闭，通过螺丝或者卡扣固定。
同时，还需要将USB接口与PCB板连接。
之后是测试环节。
首先，通过自动测试仪对焊接质量进行全面检测，确保每一个焊点都良好连接。
然后进行电子测试，检测U盘的功能是否正常，包括读写速度、可用容量等。
最后是包装环节。
将经过测试的U盘进行精致的包装，通常会使用塑料盒子、纸盒等包装材料，同时附上产品手册和保修卡。
以上就是U盘的生产工艺流程。
整个流程需要精细的操作和严格的质量控制，以确保生产出的U盘质量好、性能稳定。
USB芯片的电路及PCB设计的重要注意事项
USB芯片的电路及PCB设计的重要注意事项B芯片选型：选择适合您应用需求的USB芯片非常重要。
需要考虑的因素包括接口速度、功耗、协议兼容性、可靠性等。
确保了解您的应用所需的规范和要求，以便选择最合适的芯片。
2.电路设计：在进行USB芯片电路设计时需要注意不同信号的线路隔离。
尽量避免高速信号线与低速信号线交叉布线，以减少干扰。
此外，要确保USB信号线长度一致，以防止信号损耗和时钟偏移。
3.电源供应：为USB芯片提供稳定的电源非常重要。
应确保电源线路具备足够的电流和电压稳定性，并使用滤波电容和稳压电路来消除噪音和波动。
4.地线设计：USB芯片的地线设计需要特别关注。
地线应尽量短而粗，以减少电流环线的干扰。
在设计中要划分良好的地平面，减少地线回流路径的阻抗。
5.PCB布局：进行USB芯片的PCB布局时，要确保将USB接口放置在靠近外围边缘的位置，以方便连接。
避免与高频信号线和电源线交叉，并放置邻近信号线和地平面。
6.差分信号匹配：在USB数据传输中，差分信号具有关键性能。
差分信号的长度和延迟要匹配，以确保数据正确传输。
在布线中尽量保持差分信号线对称，并使用阻抗匹配技术。
7.EMI控制：USB芯片的设计应考虑EMI（电磁干扰）控制。
为了减少辐射和敏感性，应使用地屏蔽和信号层堆叠技术。
此外，还可以采用抑制和滤波电路来消除噪音。
8.PCB堆叠和线宽：选择适当的PCB堆叠和线宽非常重要。
差分线应采用适当的线宽和线距，以满足USB规范，并确保匹配要求。
PCB堆叠应尽量减少层间交叉，并满足信号完整性要求。
9.可靠性考虑：在设计USB芯片的电路和PCB时，要考虑到可靠性。
使用过压保护电路、热管理技术和电源过滤器等器件，以确保系统的长期稳定性和可靠性。
总之，在设计USB芯片的电路及PCB时，需要关注信号完整性、电源稳定性、地线设计、布局布线、EMI控制、堆叠设计、差分信号匹配和可靠性。
通过遵循这些注意事项，可以确保USB设计性能和可靠性的最佳平衡。
U盘产品设计
唇特征
• 有些PTO/E安装后，唇特征是不可用 的，我们可以在配置选项里把 allow_anatomic_fetures设置为yes， 这时在主菜单中单击“插入>高级”命 令后弹出菜单中的“唇”选项可用。
2、U盘主体结构上半部分：U盘主体用于封装电路板部分。而它的上 半部分主要包括挂装饰孔结构 ，指示灯结构，还有贴标签部分。内部 主要添加筋，以增加强度。
3、 U盘主体结构下半部分：它与上半部分结构对称，同样有装饰孔 结构 ，但没有指示灯和贴标签结构；为了固定电路板还需在其内部添 加支柱，并在支柱上添加螺纹孔。
U盘设计流程
整体曲面设计 曲面实体化 将曲面分解 主体结构上半部 分的详细设计 主体结构下半部 分的详细设计 结构体装配 对装配体进行分析 U盘盖结构的 详细设计
产品结构分析
U盘的结构比较简单，主要分为以下三个主要部分：
1、U盘盖：为了使U盘盖的作用。
主要知识点
在设计U盘的过程中，需要用到下面许多Pro/ENGINEER 特征：
1、草绘工具 2、拉伸工具 3、合并工具 4、镜像工具 5、实体化工具 6、壳工具 7、倒圆角工具 8、孔工具 9、唇工具：(U盘主体结构的上下部分装配时通过唇定位) 10、拔模工具 11、基准平面工具
设计方法分析
1、U盘结构为不规则实体。设计开始就用实体特征去创建，操作比 较困难。所以首先创建曲面，再将曲面实体化，再利用壳特征得到 薄壁结构实体。 2、做外观结构设计时，首先根据产品需求，确定它的整体外观尺 寸；做内部结构设计时，需要考虑硬件尺寸，因为在外壳里面需要 放置PCB，例如定位PCB的螺纹孔，指示灯的位置，USB接口尺寸 等。 3、U盘外壳材料一般为塑料，在制作外壳时需用到模具，所以在结 构设计过程中需要考虑拔模。同时为使结构强度足够，需要在壳里 面添加筋结构， 4、U盘结构为一整体结构，设计时需考虑到曲面互相衔接，这样外 观看起来比较美。所以在设计过程中应从整体到部分，既将整体结 构拆成各个不同的部分，然后对部分进行详细设计。
U盘电路原理图设计
操 作 步 骤
图2-57 新建项目文件
操 作 步 骤
图2-58 创建原理图文件
PCB设计与制作
2．设置图纸参数和环境参数 设置图纸参数和环境参数，本任务前已经讲述，这里只做简 单介绍。在编辑窗口中右击，在弹出的右键快捷菜单中单击 “Options”选择“Document Options”或“Document Parameters”或“sheet”命令，系统将弹出Document Options对话框，对图纸参数进行设置。我们将图纸的尺寸 及标准风格设置为“A4”，放置方向设置为横向 “Landscape”，图纸明细表设置为标准“Standard”，单击 对话框中的“Change System Font”按钮，系统将弹出“字 体”对话框。在该对话框中，设置字体为“Arial”，设置字 形为“常规”，大小设置为“10”，单击“确定”按钮。其 他选项均采用系统默认设置。
操 作 步 骤
4）选择“file|New|schematic”命令，在 该项目文件中新建一个电路原理图文件， 系统默认文件名为 “sheet1.SchDoc”， 选择“file|save As”命令，将新建的原理 图文件保存于任务3文件夹下的子任务2.3 中，并命名为“U盘电路设计．SchDoc”。 此时，在“Project”面板中，项目文件名 变为“U盘电路设计．SchDoc”。如图258所示。在创建原理图文件的同时，也就 进入了原理图设计系统环境。
引 导 文
PCB设计与制作
图2-52 Parameters Properties设置对话框
图2-53 Choose Design Rule Type对话框
PCB设计与制作
2.3.5 非电气图形
单击 按钮，各种工具如图2-54所示。Altium Designer 的绘图功能，都体现在Drawing Tools工具栏中。该工具 栏在Place菜单下。其功能如下：
u盘电路的pcb设计报告总结
u盘电路的pcb设计报告总结本次U盘电路的PCB设计报告总结如下：一、需求分析1. 接口要求：USB2.0，支持高速传输。
2. 存储容量：8GB。
3. 尺寸要求：符合U盘常规尺寸。
4. 稳定性要求：保证数据读写稳定可靠。
5. 成本要求：控制在合理范围内。
二、设计方案1. 采用USB2.0接口方案，支持高速传输。
2. 采用片上闪存存储方案，存储容量为8GB。
3. 设计尺寸符合U盘常规尺寸标准。
4. 加入过流保护电路和ESD防护电路，保证数据读写稳定可靠。
5. 选择成本控制较低的元器件和材料，控制成本在合理范围内。
三、电路设计1. USB2.0信号线布局：保证信号走线短、阻抗匹配和信号完整性。
2. 片上闪存存储电路设计：采用NAND Flash存储芯片和主控芯片联合存储方案。
3. 过流保护电路设计：加入快速恢复保险丝和贴片PTC保险丝。
4. ESD防护电路设计：加入TVS管和ESD二极管。
四、PCB设计1. PCB布局：USB接口和主控芯片尽量靠近，保证信号走线短，分区域布局。
2. PCB走线：保证信号线长度一致、阻抗匹配和信号完整性。
3. PCB层数：采用双面板设计，层数不宜过多。
4. PCB尺寸：符合U盘常规尺寸标准。
5. PCB制作：选择高质量的PCB厂家进行制作。
五、测试与验证1. 进行电路连通性测试，确保电路连接正确。
2. 进行功能测试，包括读写速度、存储容量等。
3. 进行稳定性测试，保证数据读写稳定可靠。
六、总结本次U盘电路的PCB设计通过对需求分析、设计方案、电路设计、PCB设计、测试与验证等环节的综合考虑，达到了预期效果，具有较高的稳定性和可靠性，同时成本控制在合理范围内。
U盘电路设计
五给自制没有封装的元器件添加 footprint
❖ 常用元器件库的元器件自带了封装，但是我 们自己绘制的元器件却没有封装，所以在生 成原理图之前，我们把所有这样的元器件加 载我们绘制的PCB封装。
六放置元器件以及连线
❖ 新建原理图，根据要求放置元器件，并且如 图连线，添加电源与接地符号，网络标号， 说明。
调整焊盘位置，保存。
❖ b新建U2，（根据PCB库向导绘制） 选择SOP,mm; 焊盘大小，0.3mm,1.6mm;rectangle 纵向两个焊盘的中心间距为0.5mm； 横向两个焊盘的中心间距为19mm； 引脚数目48个; 命名为TSOP48; 保存。
❖ c在PCB库中建立U3 ❖ 选择QUAD, ❖ 焊盘大小1.8mm，0.5mm； ❖ 丝印层的长宽都是11.5mm； ❖ 第一个焊盘的形状和第二个焊盘的形状都是矩形；
❖ 拐角处焊盘中心间距2.5mm； ❖ 相邻焊盘中心间距0.8mm； ❖ 编号排列顺序逆时针，从左侧开始；
❖ 横向和纵向的焊盘数量分别是12个，总共48个 ❖ 命名为QFP12x12-G48/N
❖ D命名为HDR1X5 在丝印层上绘制长宽分别是 12.827mm,2.794mm的矩形； 焊盘的孔径为1.9mm， X size 为1.5mm的圆形，放置在mutilayer, 其中编号为1的是矩形，其它四个全是矩形。 设置参考点， 每个焊盘中心间距为100mil;
❖ 绘制好原理图后，保存。
七新建PCB文件
❖ 根据PCB向导生成一个PCB文档；
八设置规则
设置PCB设计规则，要求： 1最小安全距离为0.2mm 2布线宽度中有power
如右图所示： width中的最优0.2mm
❖ 3.布线优先级中电源的设置如图：
AltiumDesigner的U盘电路设计实验报告
2.创建PCB封装库，创建三个元器件的封装，其中IC1114使用工具——元器件向导——QUAD创建：
设置焊盘尺寸：
设置焊盘间距：
选择第一焊盘位置，应该与原理图库中的位置保持一致：
设置焊盘数量：
修改名字即可完成IC1114的封装的创建。
内电层规则（Plane Rules）：
电源层的连接类型（Power Plane Connect Style）
电源层安全间距（Power Plane Clearance）
覆铜连接方式（Polygon Connect Style）
测试点规则（TestPoint Rules）：
裸板测试点样式（Fabrication Testpoint Style）
同样，K9F080使用向导——SOP创建（SOP为贴片式，DIP为插件式），设置焊盘尺寸和间距，焊盘总数为48。
AT1201的封装理应从原有库中导入SOP5，但是两者引脚并不对应，所以采用向导法，创建SOP6封装，再经修改，生成新的SOP5封装：
3.画原理图如下，各元件封装按照以上表一采用：
4.创建PCB
未连接引脚规则（Unconnected Pin）:检查指定范围内的元器件引脚是否连接成功。（默认空规则）
布线规则（Routing Rules）：
布线宽度（Width）：布线时布线宽度的设定。
布线方式（Routing Topology）：定义引脚之间的布线方式。
布线优先级别（Routing Priority）：设置布线的优先次序，优先级最高的网络或对象会被优先布线。（0~100，数字越小，级别越高。）
SMT规则（SMT Rules）：
U盘PCB板设计 (ppt 95页)
尺寸单位选择对话框
PCB板类型选择对话框
PCB板用户自定义对话框
适当减小禁止 布线框离电路 板边框的距离
信号层、内电源层选择对话框
过孔类型选择对话框
元件类型选择对话框
1. 将当前层转换为内电层1【Internal Plane 1】。
2. 隐藏其它无关层。 由前面的布局可知，与VUSB网络连接的元件全部位于顶层， 为了更好的进行区域划分，可以将底层信号层和底层丝印层 全部关闭，使底层元件暂时不显示，并将图纸放大并显示与 VUSB网络连接的焊盘区域。
3. 分割内电层。
撤销导线后留下的飞线
2. 规划新导线的路径，并对其它导线 作必要的修改
先修改底层要修改的导线，该导线之所以绕行 过远，是因为底层中有导线挡住了其连通的路 径，必须将其调整，如图所示。
需调整的过孔 需调整的导线
调整过孔的位置
调整好位置的过孔
调整导线的位置
调整好位置的导线
1. 顶层导线分析
利用前面介绍的方法，暂时将底层信号层和丝印层， 以及顶层丝印层隐藏起来，使工作区主要显示顶层导 线，如图 所示，可以明显的看到有一处导线绕行过远。
该导线绕行过远
2. 分析底层导线
将顶层信号层和丝印层，以及底层丝印层隐藏起来，使工 作区主要显示底层导线，如图11.65所示，也可以明显的 看到有一处导线绕行过远。
该导线绕行过远
11.7.2 修改底层导线
由于导线修改时必须综合考虑到二个信 号层导线的走线情况，所以将底层和顶 层信号层均显示，而将底层和顶层丝印 层全隐藏。
USB PCB设计指导
USB PCB设计指导摘要：惨痛教训！主板USB接口只能传输小文件，大文件传输屡屡失败，问题出在哪里？USB是一种快速、双向、同步传输、廉价、方便使用的可热拔插的串行接口。
由于数据传输快，接口方便，支持热插拔等优点使USB设备得到广泛应用。
目前，市场上以USB2.0为接口的产品居多，但很多硬件新手在USB应用中遇到很多困扰，往往PCB装配完之后USB接口出现各种问题，比如通讯不稳定或是无法通讯，检查原理图和焊接都无问题，或许这个时候就需怀疑PCB设计不合理。
绘制满足USB2.0数据传输要求的PCB对产品的性能及可靠性有着极为重要的作用。
USB协议定义由两根差分信号线（D+、D-）传输数字信号，若要USB设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。
根据笔者多年USB相关产品设计与调试经验，总结以下注意要点：1、在元件布局时，尽量使差分线路最短，以缩短差分线走线距离（√为合理的方式，×为不合理方式）；2、优先绘制差分线，一对差分线上尽量不要超过两对过孔（过孔会增加线路的寄生电感，从而影响线路的信号完整性），且需对称放置（√为合理的方式，×为不合理方式）；3、对称平行走线，这样能保证两根线紧耦合，避免90°走线，弧形或45°均是较好的走线方式（√为合理的方式，×为不合理方式）；4、差分串接阻容，测试点，上下拉电阻的摆放（√为合理的方式，×为不合理方式）；5、由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，而线长一旦不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。
所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里；6、为了减少串扰，在空间允许的情况下，其他信号网络及地离差分线的间距至少20mil(20mil是经验值)，覆地与差分线的距离过近将对差分线的阻抗产生影响；7、USB的输出电流是500mA，需注意VBUS及GND的线宽，若采用的1Oz的铜箔，线宽大于20mil即可满足载流要求，当然线宽越宽电源的完整性越好。
USB 芯片的电路及PCB 设计的重要注意事项
USB芯片的电路及PCB设计的重要注意事项版本：2D1、摘要本文主要针对以下因电路及PCB设计不佳而引起的故障现象进行分析和解答⑴、关于USB设备带电热插拔：（重要）用CH374、CH375设计的USB-HOST电路中，当某些USB设备带电插入时，工作不正常或者芯片发热⑵、关于设计3.3V的USB产品：用CH372、CH374、CH375、CH341等USB芯片设计3.3V电源电压的USB产品时需要注意的事项⑶、关于USB主从模式切换：用CH374、CH375设计的USB-HOST和USB-DEVICE产品中，如何识别并进行USB主从模式切换⑷、关于工作稳定性和抗干扰：（重要）用CH372、CH375、CH341等USB芯片设计的USB产品，如何提高可靠性和抗干扰能力2、USB设备带电热插拔2.1. 故障现象在使用CH375评估板的过程中，或者在自行设计的USB-HOST产品中，某些USB设备带电插入时：①导致CH375复位或者单片机复位（尤其是采用μP监控电路的单片机系统）②CH375或者单片机突然工作不正常，失去控制③CH375芯片的工作电流突然增大并且持续如此，时间长了芯片发热烫手甚至芯片损坏2.2. 原因分析USB支持动态带电插拔，以CH375评估板使用U盘为例。
由于U盘内部都有电源退耦电容，当U盘刚插入USB-HOST插座时，评估板必然要对其充电，由于瞬间充电电流很大（微秒级瞬间峰值可达几安培），所以导致主机端的电源电压VCC突降（用高速的数字存储示波器可以看出，越靠近USB插座的位置，电源电压降得越严重），这个电压突降过程可能只有几十微秒甚至几百纳秒，但是一旦被CH375或者uP监控电路检测到，就会被当作电源上电或者电源下电，从而有可能导致CH375和单片机被复位。
并且，由于U盘插入过程引起的电压突降是一种不确定的瞬时状态，例如几十纳秒的电压突降，所以有可能使CH375或者单片机不完全复位，从而工作不正常。
《U盘电路设计》课件
3
系统集成和性能测试
将电路板和外壳进行集成，进行性能测试 和实际应用测试。
Hale Waihona Puke U盘电路设计的发展趋势安全可靠性
加强数据加密和安全 存储技术，提高U盘 的安全性和可靠性。
能耗优化
减少电路功耗，延长 U盘的续航时间和使 用寿命。
高速传输
采用新一代传输协议 和高速接口，提高U 盘的数据传输速度。
大容量存储
利用新的存储技术和 芯片设计，提升U盘 的存储容量。
《U盘电路设计》PPT课 件
本PPT课件介绍了U盘电路设计的背景、关键问题、具体流程、发展趋势和结 论。
背景介绍
发展历史
从存储容量不断增加的闪存 到智能芯片的进化，U盘已 成为数据传输和存储的关键 工具。
主要作用和应用场景
U盘不仅用于个人存储和文 件传输，还广泛应用于数据 备份、系统恢复、固件更新 等领域。
合理设计U盘与主机的接口，确保兼容性和可 靠性。
通过良好的电路板设计，提高信号传输质量 和整体性能。
U盘电路设计的具体流程
1
需求分析和技术选型
确定U盘的主要功能和性能指标，选择合
电路设计和测试
2
适的内存芯片、控制器、接口等技术方案。
根据技术选型，设计电路原理图，布局
PCB电路板，进行电路测试和调试。
主要技术特点
小巧便携、高速数据传输、 可插拔性强以及良好的兼容 性，是U盘的主要技术特点。
U盘电路设计的关键问题
1 内存芯片的选择
根据性能、稳定性和成本进行选择，以满足 不同应用场景的需求。
2 控制器的设计
设计高效的控制器芯片，使U盘具有快速响应 和稳定的数据传输能力。
3 接口的设计
u盘的生产工艺
u盘的生产工艺
U盘，又称为 USB 存储器、闪存盘、优盘等，是一种便携式
存储设备，可以将数据以闪存的形式保存在内部，并通过
USB 接口与电脑或其他设备连接传输数据。
下面将介绍 U盘
的生产工艺。
U盘的生产工艺主要包括芯片生产、PCB板制作、组装和外
壳制作等环节。
首先是芯片生产。
U盘的核心部件是内置的闪存芯片，这个环节主要是制作芯片的原材料，进行清洁、切割、刻蚀、薄膜沉积、光刻等一系列工艺，最后经过测试和封装。
其次是 PCB 板制作。
PCB 板是连接芯片和接口的重要组成部分，它是一种载有电子元件的导电板。
制作 PCB 板主要分为
电路设计、原材料预备、基板制造、电镀、印刷、装配等环节，最后完成 PCB 板的制作。
然后是组装。
在组装环节中，首先将芯片焊接到 PCB 板上的
相应位置。
然后将其他电子元件如电阻、电容、连接器等按照设计需求进行焊接。
接下来进行功能测试，确保各个部分的正常工作。
最后对组装后的 U盘进行清洁、封装和质量检验。
最后是外壳制作。
外壳的制作通常采用注塑工艺，其中包括模具设计与制作、塑料材料的注入成型、表面处理等环节。
外壳的选择通常是根据设计要求和个性化需求来定制的。
总的来说，U盘的生产工艺包括芯片生产、PCB板制作、组
装和外壳制作等环节。
这些环节的每一个工艺步骤都非常重要，只有做好每一个环节，才能最终生产出质量优良、性能稳定的
U盘产品。
同时，生产过程中还要进行严格的质量控制，确保生产出的每一个U盘都符合质量要求。
(完整)U盘设计电路
(1）输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。 （2）印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定.当铜箔厚度为0。5mm、宽度为1～15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃。因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0。02~0.3mm导线宽度.当然,只要允许,还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路,只要工艺允许，可使间距小于5～8mil.
（2）参数选项栅格
（3）在设计规则中改变安全距离.
（4）在设计规则中添加VUSB线，并改变其宽度，再设置其他布线的宽度。
(5）在设计规则中设置过孔Routing Via Style为 52mil、24mil。
（
6）按照布局规则布局,自动布线.
·
四、思考题：
1，PCB设计规则有哪些?
答：总概念：
布线宽度（Width）：布线时布线宽度的设定。
首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。 在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：
（1）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
（2）Visible Grid（可视栅格）选项组中的 Grids1 设为 10mil,Grids2设为 100mil.
(3）安全间距：Clearance为10mil。
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导线规则设置
3. 设置过孔尺寸
4.设置SMT焊盘拐角距离
Hale Waihona Puke 11.6.2 多层板自动布线
执行菜单命令【Auto Route】/【All】菜单命令，将弹出如图所示 的自动布线策略选择对话框对话框，选用【Via Miser】选项，表 示将采用具有建议性最小过孔限制的多层板布线策略进行布线， 点击【Route All】 按钮，PCB板编辑器开始自动布线
USB接口J1
写保护开关 SW1
USB
ZZSW
自制封装库UPAN.PcbLib
1. 确定AT1201的封装
2. 确定IC1114的封装
3. 确定存储器K9F0BDUDB的封装
存储器U3的封装TSSO12X20-G48/P.5
11.1.2自制元件封装
1
2.5
2 3
2.5 4.5 2
4
2.54
USB接口J1的外形和引脚封装
全局修改电阻的封装
（1）将光标移到U盘原理图中的
任意一个电阻上，单击鼠标右键， 在弹出的对话框中选菜 单 ，弹出如图所 示的查找相似对象对话框，在 【Resistor】项后选择【Same】， 表示将选中图纸中所有的电阻。
查 找 所 有 电 阻
修改电阻封装
可以看到图纸中所
有电阻均处于选中 状态，此时点击工 作区右下方的 【Inspect】按钮， 弹出如图所示的 Inspect面板，将 【Current Footprint】 栏修改为“C1005 －0402”，按回车键 确认输入。
1. 顶层导线分析
利用前面介绍的方法，暂时将底层信号层和丝
单击【File】标签，将出现文件操作栏，选择
【PCB Board Wizards …】，将出现如图所示的 PCB板向导欢迎界面。
尺寸单位选择对话框
PCB板类型选择对话框
PCB板用户自定义对话框
自动完成单 位转换
适当减小禁止 布线框离电路 板边框的距离
信号层、内电源层选择对话框
过孔类型选择对话框
§11.6 多层板自动布线
11.6.1 设置多层板布线参数 执行【Design】/【Rules】菜单命令，
设置各项参数。其中最关键的参数有安 全间距【Clearance】，布线层面 【Routing Layers】和导线宽度【Width Constraint】，其它参数采用默认值即可。
1. 设置安全间距
11.4.2 设置布局参数
1. 修改图纸参数 执行菜单命令【Design】/【Options…】， 将弹出如图所示的PCB图纸选项，将光 标移动栅格【Snap Grid】和元件栅格 【Component Grid】均修改为5mil，并 将电气栅格【Electrical Grid】修改为 5mil。
1. 将当前层转换为内电层1【Internal Plane 1】。
2. 隐藏其它无关层。 由前面的布局可知，与VUSB网络连接的元件全部位于顶层， 为了更好的进行区域划分，可以将底层信号层和底层丝印层 全部关闭，使底层元件暂时不显示，并将图纸放大并显示与 VUSB网络连接的焊盘区域。
3. 分割内电层。
掌握SMT元件引脚封装的制作方法。
掌握手工修改导线的常用方法。
11.1 确定和添加元件封装
因为U盘体积非常小巧，电路板面积很 小，所以电路板中的元件绝大部分采用 SMD元件，以节省电路板面积。根据前 面章节的介绍，并结合元件的实际外形 和管脚排列情况，而且部分元件还参考 了元件供应商提供的技术和封装参数， 确定合适的元件封装如表所示。
AT1201
4. 确定电源模块的布局
5. 确定底层元件的布局
显示底层丝印层
（2）放置底层关键元件U2
先在顶层放置好元件U2
将元件U2翻转到底层焊锡面
放置底层其它元件
11.5.1 内电层分割
多层板与双面板不同的地方在于多了内电层，内
电层一般用于接地和接电源，使PCB板中大量的 接地或接电源引脚不必再在顶层或底层走线，而 可以直接（直插式元件）或就近通过过孔(贴片元 件)接到内电层，极大地减少了顶层和底层的布线 密度，有利于其它网络的布线。 但有时一个系统中可能存在多个电源和地，如常 见的+5V、+12V、-12V、-5V等电源，而接地网 络也有电源地，信号地，模拟地、数字地之分， 如果再采用一个电源或接地网络对应一个内电层 的方法，势必导致内电层的数目太多，电路板的 制作成本成倍增加。此时可以采取内电层分割的 办法，将一个内电层分割为几个部分，将某个电 源或接地网络引脚比较密集的区域划分给该网络， 而将另一个区域划分给其它电源或接地网络。
Manager…】，弹出如下页图所示的层堆栈管理器 对话框。
层堆栈管理器对话框
修改内电层1的网络属性
双击层堆栈管理器对话框中的【Internal Plane1】
层，弹出如图所示的层属性对话框，在【Net name】下拉列表框中选“VCC”，将该层作为电源 VCC内电层。
设置好网络属性的内电层
依据下图所示的电源原理图，确定电源部 分的布局关系如下页图所示。同时也将 写保护电路的电阻R24放置在SW1的右边， 将LED1的限流电阻R11和电容C25也一并 放置到图纸中。
VUSB 1 C12 10uF C13 0.1uF 2 3 U1 Vin GND Cont NDIS 4 C15 0.01uF Vout 5 C14 4.7uF VCC
修改PCB图纸参数
2. 修改元件安全间距
由于电路板面积太小，元件的安全间距
可以设置得更小一些，从而使元件可以 排列得更紧密一些，如可以将其修改到 步距5mil以下，。 执行菜单命令【Design】/【Rules…】， 弹出PCB板规则对话框，双击 【Placement】选项，再双击 【Component Clearance】选项后，选中 【Component Clearance】选项，如图所 示，在右边的规则栏中将【Gap】栏修 改为3mil。
安全间距指不同网络的导线与焊盘之间
的最小距离，它的设置可以避免导线之 间以及导线与焊盘之间距离太小而短路 或大火，但它的大小同时也决定了走线 的难度和导线的布通率。在U盘中，供 电电压很低，我们主要关心的是保证导 线的布通率，所以将安全间距设置为 4mil，如图所示。
设置安全间距
设置双面板的布线层
11.4.1 确定布局方案
在高密度电路板中，是否需要双面放置元件是
设计者首先要考虑的问题。一般情况下，如果 在顶层能够完成元件的布局，尽量不要将元件 放置在底层，因为一方面会提高电路板的设计 难度和成本，另一方面也会增加元件装配的工 序和难度。但对于U盘电路板而言，如果直接 将元件放置在顶层，由于电路板太小，部分元 件连放置的位置都没有，所以必须采取双面放 置元件的办法。仔细分析原理图可以知道，U 盘主要由以U2（IC1114）为核心的控制器电路 和以U3（K9F0BDUDB）组成。所以可以考虑 将二部分电路分别放置在顶层和底层，具体将 U3（K9F0BDUDB）为核心的存储器电路放置 在顶层元件面，而将U2（IC1114）为核心的控 制器电路放置在底层的焊接面。
测量外壳写保护开关孔的尺寸，确定SW1的第 2焊盘的定位尺寸如图所示。
（2）将开关SW1的第2焊盘放置到指定位置
（3）锁定SW1的位置
锁定元件
放置发光二极管LED1的位置
2. 修改元件标注的尺寸大小
从图中可以看到，元件标注的尺寸太大，
占了太多的面积，必须修改元件标注的 尺寸大小。 （1）将光标移到标注LED1上，单击鼠 标右键，在弹出的对话框中选菜单，弹 出所示的查找相似对象对话框，在 【Designator】项后选择【Same】，表 示将选中图纸中所有的元件编号。
修改元件安全间距
11.4.3 具体布局
根据布局原则，先确定相对于元件外壳，
插孔位置等有定位元件的位置。本项目 中有定位要求的元件有二个，一个是写 保护开关SW1，它必须与外壳的写保护 开关孔对准，并且开关的拨动手柄必须 向外。另一个为发光二极管LED1，它必 须与外壳的小孔对准。
（1）确定写保护开关SW1的位置，
元件类型选择对话框
导线、过孔、安全间距设置对话框
PCB板向导完成对话框
PCB板向导完成的电路板
修改尺寸标注显示单位
修改后的尺寸标注
11.2.2 手工修改PCB板轮廓
11.3.1 载入元件引脚封装
11.3.2 设置内电层的网络属性
1. 如图所示，执行【Design】/【Layer Stack
11.2 新建PCB文件并绘制电路板边框
根据设计的要求和U盘外壳的限制，确定电路的长、
高尺寸。经过分析，确定本电路板长、高参考尺寸 为：45×15mm，并且受外壳固定柱的限制，中间有 一个半径为1mm的半圆形的缺口，便于该电路板固 定于U盘外壳中，如图所示。
11.2.1 利用向导制作U盘PCB板
Protel DXP 电路设计
电子教案
《电子CAD－Protel DXP 电路设计》
任 富 民 编 著
第11章
U盘PCB板设计
本章学习目标
本章以制作U盘PCB板为例，介绍SMT多层板的制作技 巧和编辑修改方法，以达到以下学习目标： 理解多层板的含义，掌握多层板的创建方法。 理解内电层的含义，内电层的属性设置和分割方法 掌握常用SMT元件的引脚封装。
11.4 多层板元件布局调整
元件载入PCB板后，就可以根据元件
的布局规律进行布局，由于U盘电路板 面积小元件多，元件密度很高，所以 在布局前，必须仔细规划好元件的布 局方案，U盘布局是否合理是整个项目 的关键，它关系到U盘电路板布线是否 成功以及整个电路的稳定性，因为本 项目采用四层板，布线已经不是我们 关注的首要问题。