KiCad设计PCB-38-+3.3V、GND电源线布线

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#PCB设计 #kicad

本文介绍了在KiCad中进行PCB设计时，如何高亮显示特定网络标号，如+3.3V和GND电源线的布线过程，以及如何查找并解决未连接线的问题。通过执行设计规则检查，可以发现并修正未连线的错误，最终展示3D效果图。

小技巧

    当某个网络标号出现在很多地方时，将所有的引脚及已画的连线高亮表示出来是很有作用的。那如何实现这一目标？选好所期望高亮显示某网络标号的其中一个焊盘，按住键盘上的Ctrl键的同时按下鼠标左键。取消高亮显示的方法一样如此，按住键盘上的Ctrl键的同时按下鼠标左键。

3.3V电源线布线

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但是伴随 5G 的全面商用以及物联网设备的普及，电路板越来越精密，信号日益提高，电磁干扰问题日趋严重，PCB 设计人员不得不去面对一个现实问题：PCB 电路板已经开始像一个具有电阻、电容、电感的，而非像过去 10 年前那样仅仅作为线路连接的平台。与的问题日益突出，对于 PCB 布线与元器件布局的要求越来越高。本文首先介绍了 PCB 制造工艺与元器件封装相关的知识，然后重点讨论了笔者工作过程当中总结的一些 PCB Layout 方面的基本布线规范与设计原则。
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PCB布局和绘制的关键操作
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具体操作在Keep-outlayer层中选中整块板子⇨创建铺铜⇨网络改为GND并且修改其他参数将铺铜放到顶层⇨如果底层也需要就将顶层的整体铺铜复制，特殊粘贴到底层⇨此时为了连接顶层和底层的网络要用缝合孔将底层和顶层相连。具体操作复制在顶层已经铺好的铜皮⇨转移到Topsolder层中⇨在编辑里面找到特殊粘贴粘贴到该层⇨适当减少此时铜皮的面积，防止具体操作时铜皮掉落。具体操作步骤选择孔，选择适当的内径和外径⇨设置孔的网络属性⇨在底层进行铺线。原理图局部框出⇨PCB中工具⇨器件摆放⇨在矩形区域内放置。...
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KiCad设计PCB-32-电源部分的布线
霜月孤鸟&RTEMS&TinyOS
01-25 3696
1.再次根据电路原理图调整布局 2.为排针做标注，在丝印层添加如3.3V，5V，GND等标注 3.电源走线应当能宽的尽量宽，因此走线宽度与单片机数据线的宽度不同。在给电源部分布线时，要先在设计规则中增加一种走线的宽度。 4.底层走线。需要在底层走线时先要选中底层，方法如下 5.电源板完成后的效果图
由于当前环境为文本交互模式，无法直接生成或上传图像类文件（如PDF、PNG、SCH等格式的原理图），但我可以为你**详细描述一个基于GD32F407ZGT6的完整硬件原理图结构设计**，包括各模块的器件连接关系、关键信号命名和外围电路参数。你可以根据此描述在Altium Designer、KiCad或其他EDA工具中绘制实际原理图。 --- ### 可行的硬件原理图设计方案（适用于GD32F407） #### 一、主控核心：GD32F407ZGT6 - 封装：LQFP-144 - 工作电压：3.3V - 外接晶振：8MHz主时钟 + 32.768kHz RTC备用时钟 - BOOT0 接 10kΩ 上拉至 VDD，BOOT1 接 GND，支持从 Flash 启动 > 所有 NC 引脚悬空，未使用的 I/O 配置为模拟输入或下拉接地。 --- #### 二、电源系统设计 | 模块 | 方案 | |------|------| | 输入电源 | DC 24V（工业标准） | | 转换为5V | LM2596 或 MP2307 DC-DC（效率高） | | 转换为3.3V | AMS1117-3.3 或 SPX3819，输入5V | | 模拟供电 AVDD | 使用磁珠隔离 DVDD，单独走线 | | 隔离电源 | B0505S（5V输入→5V双输出，隔离1500V）供 ADM2682 使用 | > 所有电源入口加10μF电解+0.1μF陶瓷去耦电容 --- #### 三、功能模块电路设计（逐项对应技术要求） ##### 1. **16路 DA 输出（0–5V）** - 使用 **4 片 AD5663BRUZ（16位四通道 DAC）**，SPI 接口 - SPI 连接： - MOSI → PB15 (SPI2_MOSI) - SCLK → PB13 (SPI2_SCK) - CS → PC0~PC3（独立片选） - 每片 DAC 输出经 **OPA2192 运放** 配置为电压跟随器，再通过 **增益放大电路（G=1.5）** 将 0–3.3V → 0–4.95V ≈ 0–5V - 所有 DAC 基准来自 REF5025（2.5V）或板载稳压源 ##### 2. **8路 AD 采集（±15V、5V）** - 信号调理电路： - ±15V → 分压比 1:5（R1=40kΩ, R2=10kΩ），中心点偏置 1.65V（虚地） - 输出 = $ \frac{(Vin + 15)}{5} \times 3.3 $，范围 0–3.3V - 5V 输入 → 1:2 分压（10kΩ+10kΩ） - 滤波：每通道串联 100Ω 电阻 + 100nF 对地电容（低通滤波） - 保护：TVS 二极管 SMAJ3.3CA 防止过压 - 接入 GD32 的 ADC1_IN0 ~ ADC1_IN7（PA0~PA7） ##### 3. **2路隔离 RS-422 通信（ADM2682）** - 使用 **ADM2682EBRIZ** - 连接至 USART1（PA9: TX, PA10: RX） - DIR 控制由 PA8 提供方向使能 - 一侧接 MCU 3.3V 系统，另一侧由 B0505S 提供隔离 5V - 差分输出 A/B 接 DB9 接口，末端并联 120Ω 匹配电阻 ##### 4. **4路非隔离 RS-422 通信（26C31/26C32）** - 发送端：26C31（四通道差分驱动器） - 输入来自 USART2/3/6/TIMx_PWM（模拟发送） - 如：USART2_TX(PA2) → 26C31_IN1 → OUT → 422_A - 接收端：26C32（四通道差分接收器） - 422_B/A → 26C32_IN → OUT → PA3(USART2_RX) - 支持两组 HDLC 协议通信（需软件实现帧结构） ##### 5. **4路带电指令输出（28V/15V/5V 可选）** - 开关器件：P沟道 MOSFET（如SI2301DS）或继电器 - 电源选择：通过跳线或拨码开关预设每路输出电压源（28V/15V/5V 来自外部供电） - 控制信号：PB0~PB3 → 光耦 TLP521 → 驱动 MOSFET 栅极为低有效 - 示例： ```text PB0(HIGH) → TLP521导通 → MOSFET栅极拉低 → 输出28V接通负载 ``` ##### 6. **4路不带电指令输出** - 使用光耦输出（如PC817） - 一端接内部3.3V，另一端开漏输出至端子排 - 负载端自行供电，形成“干接点”效果 ##### 7. **4路指令/开关量采集** - 输入端子 → 限流电阻（1kΩ）→ 光耦 TLP521 输入侧（并联反向并联二极管防反） - 输出侧：3.3V → 上拉电阻（4.7kΩ）→ PD0~PD3（GPIO输入） - 支持 0V（断开）和 +24V（闭合）识别 ##### 8. **6路脉冲信号输出** - 使用 GD32 定时器 PWM 输出： - TIM2_CH1~4 → PA0, PA1, PA2, PA3 - TIM3_CH1~2 → PA6, PA7 - 频率范围：1Hz ~ 100kHz 可调 - 输出经 SN74HCT244 缓冲后送出，增强驱动能力 ##### 9. **2路网口通信** - 利用 GD32 内置 EMAC 控制器 - 第1路：RMII 接口 → LAN8720A（地址0）→ 百兆网口 - 第2路：需外加 KSZ8863MLL 或 W5500 芯片扩展第二 MAC/PHY - 使用 SPI 接口连接 W5500（替代方案） - 网口变压器集成于 RJ45 模块（HR911105A） --- #### 四、调试与接口 - **SWD 下载口**：PA13(SWDIO), PA14(SWCLK)，带 10kΩ 下拉 - **串口调试口**：USART3 → USB转TTL（CH340G） - **LED 指示灯**：PC13（运行指示），PD1（错误报警） - **按键复位**：NRST 外部复位按钮，10kΩ上拉 --- #### 五、推荐 PCB 设计要点 1. 数字地与模拟地单点连接（靠近ADC区域） 2. 所有高速信号线（RMII、SPI）等长布线，差分对保持 5mil 间距 3. 电源平面分割清晰，4层板优先（Top → Signal, GND Plane, PWR Plane, Bottom → Signal） 4. 高压信号（±15V、28V）与其他弱电信号保持 >2mm 安全距离 --- ### 总结：整体系统框图（文字版） ```text +------------------+ +---------------------+ | 外部电源 |------>| DC-DC → 5V → LDO → 3.3V | +------------------+ +----------+----------+ | +------------------v------------------+ | GD32F407ZGT6 | | (Core: CM4 @ 168MHz, 1MB Flash) | +------------------+-------------------+ | +----------------+------------+--------------+-----------------+ | | | | +-------v------+ +-------v------+ +----------v---------+ +-----v--------+ | AD5663×4 | | ADM2682×2 | | 26C31/26C32×2 | | Switch Input | | (DAC 16ch) | | (Isolated 422)| | (Non-isol. 422) | | (Opto x4) | +--------------+ +--------------+ +----------------------+ +--------------+ | | | | +-------v------+ +-------v------+ +----------v---------+ +-----v--------+ | Voltage Out | | RS422 Port | | RS422 Port | | GPIO In | | (0–5V) | | Isolated | | Non-Isolated | |采集指令 | +--------------+ +--------------+ +----------------------+ +--------------+ | | | | +-------v------+ +-------v------+ +----------v---------+ +-----v--------+ | Relays/MOSFET| | LAN8720 |<--------| RMII Interface | | PWM Output | | (Power Ctrl) | | (Ethernet) | | TIM2/3 PWM → Buffer | | (6 channels) | +--------------+ +--------------+ +----------------------+ +--------------+ | | | | +-------v------+ +-------v------+ +----------v---------+ +-----v--------+ | Powered Out | | RJ45 Jack | | User Comm Port | | Pulse Out | | (28V/15V/5V) | | | | HDLC Support | | | +--------------+ +--------------+ +----------------------+ +--------------+ ``` --- ### 知识点 **1. 多通道DAC外扩与SPI总线管理** 通过SPI总线挂载多个DAC芯片，利用独立CS片选实现多路模拟输出扩展。 **2. 工业电平信号采集与安全隔离技术** 使用电阻分压、偏置电路将高压信号适配至MCU ADC范围，并结合光耦保障系统安全。 **3. 嵌入式以太网硬件接口设计（RMII+PHY）** 掌握RMII协议引脚定义，正确连接GD32 EMAC与外部PHY芯片（如LAN8720），实现TCP/IP通信基础。 --- > ✅ 说明：以上内容已足够作为你在 Altium Designer/KiCad 中绘制完整原理图的设计依据。若你需要 `.sch` 或 `.pdf` 输出，请告知我具体格式，我可以继续提供模块化原理图代码（如KiCad Schematic Text Format）或分页说明。改为28V输入。
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11-21
| **3.3V @ 500mA** | SPX3819 或 AMS1117-3.3（LDO） | 输入来自5V，输出纹波| | **隔离5V** | B0505S（5kV隔离） | 专供ADM2682通信侧使用 | > 每级输出均配置： > - 10μF电解电容（低频储能） > - 0.1μF陶瓷...
+------------------------- TOP LAYER (Signal Layer) -------------------------+ | [MCU] | | |-- SCK (时钟线) | | |-- MOSI (主输出从输入线) | | |-- MISO (主输入从输出线) | | |-- CS (片选线) | | | | GND Vias (●): 密集分布在信号线两侧和模块边缘 | | Signal Traces: 短直路径，避免平行走线；转角使用45°弧线 | | | | [Sensor Module] | +------------------------------------------------------------------------------+ | MID LAYER 1 (GND Plane - Continuous Copper Pour) | | ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● | | (接地过孔连接到此平面，确保低阻抗路径) | +------------------------------------------------------------------------------+ | MID LAYER 2 (Power Plane) | +------------------------------------------------------------------------------+ | BOTTOM LAYER (Signal Layer for Return Path) | | (用于辅助接地和隔离区) | +------------------------------------------------------------------------------+
11-03
| 中间层2: 电源层(Power Plane) - 分割为3.3V/5V区域 | +-----------------------------------------------------------------+ | 底层: 接地填充区(50%覆盖率) + 低频信号线 | | ●●● (补充接地过孔) | +-------...
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