Разработка конструкции печатного узла в системе проектирования печатных плат P-CAD

Разработка конструкции печатного узла  
в системе проектирования  
печатных плат P-CAD

Учебно-методическое пособие

2-е издание

Н.С. Соболева, С.В. Суворов

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.396 
ББК 32.973.26-018.2
 
С54

Издание доступно в электронном виде по адресу

bmstu.ru/catalog/173/book2033.html

Факультет «Специальное машиностроение»

Кафедра «Автономные информационные и управляющие системы»

Рекомендовано Научно-етодическимсоветом 
 

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Рецензент

канд. техн. наук, доцент В.В. Вельтищев

Соболева, Н. С.

С54 
 
Разработка конструкции печатного узла в системе проек- 

тирования печатных плат P-CAD : учебно-методическое по- 
собие / Н. С. Соболева, С. В. Суворов. — 2-е изд. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 41, [3] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-5183-8

Приведен порядок действий при разработке конструкции радио-

устройства в виде печатного узла для заданной электрической принципиальной 
схемы в системе проектирования печатных плат P-CAD. 
Последовательно изложены шаги по преобразованию заданной схемы; 
выбору элементной базы; разработке в P-CAD библиотеки электрора-
диоэлементов (ЭРЭ), электронного варианта схемы; по размещению 
ЭРЭ на основании печатной платы и трассировке электрических соединений. 
Даны рекомендации по оформлению итогов работы и по 
планированию самостоятельной работы студента при поэтапном выполнении 
домашнего задания. 

Для студентов факультета «Специальное машиностроение», 

кафед ра «Автономные информационные и управляющие системы» 
(группы СМ5-51б и СМ5-52б), выполняющих домашнее задание при 
изучении дисциплины «Конструирование приборов».

УДК 621.396 
ББК 32.973.26-018.2

ISBN 978-5-7038-5183-8

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Предисловие

Современные радиоустройства выполняют все более сложные 
функции по приему, обработке, хранению, передаче радиосигналов, 
что требует постоянного увеличения количества электрорадиоэле-
ментов (ЭРЭ) в разрабатываемых конструкциях. Радиоаппаратуру 
функционального назначения часто выполняют в виде печатных узлов 
с использованием миниатюрных ЭРЭ, обеспечивающих высокую 
плотность размещения и предполагающих выполнение печатных 
электрических соединений по 4–5-му классу точности с минимальной 
шириной проводников и расстоянием между ними 0,15…0,10 мм. 
В условиях сокращения сроков разработки таких изделий при конструировании 
предполагается обязательным использование систем 
автоматизированного проектирования (САПР) печатных плат. Это 
способствует повышению производительности труда конструкторов 
и улучшению качества выпускаемых изделий. Среди применяемых 
САПР печатных плат наибольшее распространение получила система 
P-CAD, функционирующая в среде Windows.
Современные формы организации учебного процесса ориентированы 
на использование пакетов САПР, поэтому в дисциплине 
«Конструирование приборов» предусмотрены практические занятия 
по изучению возможностей основных программ P-CAD. Программа 
Library Executive — менеджер библиотек, позволяющий создать библиотеку 
проекта, работать с существующими библиотеками P-CAD 
и библиотеками пользователей, а также разрабатывать компоненты 
ЭРЭ. Четыре основных графических редактора: Symbol Editor и Pattern 
Editor дают возможность разрабатывать символы и паттерны ЭРЭ, 
Schematic — создавать электронный вариант электрической принципиальной 
схемы, а редактор PCB (Printed-circuit board) — выполнять 
размещение ЭРЭ на плате и обеспечивать их электрическое соединение. 

Используя полученные на практических занятиях знания, студенты 
закрепляют их, выполняя домашнее задание «Разработка конструкции 
печатного узла в системе проектирования печатных плат P-CAD». 

В представленных методических указаниях последовательно изложена 
методика разработки конструкции печатного узла для заданной 
электрической принципиальной схемы в системе проектирования 
печатных плат P-CAD. Здесь же даны рекомендации по оформлению 
результатов работы, выводу на печать графических документов, по 
планированию самостоятельной работы при выполнении домашнего 
задания, а также приведены контрольные задания и вопросы и изложен 
порядок защиты домашнего задания.
Настоящее учебно-методическое пособие не только позвол т повысить 
эффективность работы студентов при выполнении ими домашнего 
задания по дисциплине «Конструирование приборов», но и 
сформируют практические навыки самостоятельного использования 
пакета P-CAD при выполнении разнообразных видов студенческих 
работ и в самостоятельной творческой деятельности. 

и

Условные обозначения и сокращения

СФ — стеклотекстолит фольгированный
УГО — условное графическое обозначение ЭРЭ в электрических 
принципиальных схемах в соответствии с требованиями ЕСКД и 
ГОСТ 2.759–82 «Обозначения условные графические (УГО) в схемах. 
Элементы аналоговой техники», ГОСТ 2.743–91 «Обозначения условные 
графические (УГО) в схемах. Элементы цифровой техники»
ЭБ — элементная база
ЭРЭ — электрорадиоэлемент
DIP (Dual In-line Package) — корпус с двухрядным расположением 
выводов
DIP-монтаж — расположение ЭРЭ на печатной плате с размещением 
его выводов в отверстиях
P-CAD (Personal Computer Aided Design) — система персонального 
автоматизированного проектирования печатных плат
PCB (Printed-circuit Board) — печатная плата
SMT (Surface Mount Technology) — технология поверхностного 
монтажа
THT (Through-Hole Technology) — технология монтажа через отверстия

Цель и содержание  
домашнего задания

Цель задания — приобретение практических навыков разработки 
конструкции печатного узла в системе проектирования печатных плат 
P-CAD.
Исходные данные для выполнения домашнего задания:
а) электрическая принципиальная схема функционального узла;
б) номиналы и марки ЭРЭ схемы;
в) напряжение питания разрабатываемой конструкции, B.
При выполнении домашнего задания необходимо:
1) для заданной электрической принципиальной схемы выбрать 
элементную базу (ЭБ) — конкретные марки ЭРЭ. При ее выборе ориентироваться 
на конструкции ЭРЭ, пригодные для поверхностного 
размещения на печатной плате. Представить конструкцию каждого 
ЭРЭ с размерами;
2) рассчитать ширину и толщину печатного проводника для комбинированного 
метода изготовления печатной платы и выбранного 
материала платы — двусторонний стеклотекстолит, например, марок 
СФ2Н-35Г-1,0 (1,5) или СФ2Н-50Г-1,5 (2,0);
3) разработать конструкцию печатного узла для заданной электрической 
принципиальной схемы в системе проектирования печатных 
плат P-CAD (необходимо разработать двустороннюю печатную 
плату, что позволит разместить входные, выходные цепи, цепи опорных 
напряжений и сигнальные проводники с одной стороны печатной 
платы, где также будут располагаться контактные площадки для 
размещения ЭРЭ, а цепи питания и «земли» — с другой. Это исключит 
влияние друг на друга сигнальных цепей и цепей питания и повысит 
стабильность работы схемы);
4) выполнить распечатку электрической принципиальной схемы 
и файла PCB, разработанных в P-CAD, а также слоев Top, Botom, Top 
Silk с учетом слоя Board;
5) представить порядок выполнения домашнего задания в пояснительной 
записке.

Рассмотрим порядок выполнения домашнего задания более подробно, 
сопровождая пункты задания комментариями и указаниями 
по их выполнению.

Анализ электрической принципиальной схемы 

1. Доработать электрическую принципиальную схему, исключив 
нежелательные пересечения проводников, переставляя ЭРЭ или перемещая 
электрические цепи. Это позволит уменьшить количество 
переходных отверстий и упростит технологический процесс изготовления 
печатной платы.
2. Выводы схемы, включая контрольные точки, свести в разъем 
(или в два разъема) в зависимости от удобства размещения выводов 
и их количества. 
3. Исходные данные для выполнения домашнего задания и доработанную 
электрическую принципиальную схему внести в пояснительную 
записку.

Выбор элементной базы

1. Для заданной электрической принципиальной схемы выбрать 
ЭБ, предназначенную для разработки печатных узлов с поверхностным 
размещением ЭРЭ на плате (SMD-монтаж). О видах монтажа 
ЭРЭ см. в приложении 1.
2. Для SMD-монтажа выбрать конструкции ЭРЭ, которые расположены 
на поверхности платы, а их выводы распаиваются на 
сформированные здесь же контактные площадки. Предпочтительно 
выбирать конструкции резисторов и конденсаторов в виде чипов. 
Например, российские резисторы марок Р1-8, Р1-8МП, Р1-12, Р1-16, 
Р1-33, С6-6 и т. п., российские конденсаторы группы К10: К10-17в, 
К10-42, К10-47в, К10-50в, К10-57в, К10-79 и т. п. Можно использовать 
чипы иностранных марок. Желательно применять конструкции 
транзисторов, диодов, стабилитронов в корпусах SOT23 и интегральных 
схем в корпусах типа 4 с планарными выводами. Примеры конструкций 
ЭРЭ для поверхностного монтажа представлены в приложении 
2 (рис. П2.1–П2.3). Поскольку разрабатывается двусторонняя 
печатная плата, конструкцию разъема (или разъемов) рекомендуется 
выбрать со штыревыми выводами, чтобы обеспечить выход на разъем 
с обеих сторон платы.

3. В пояснительной записке к домашнему заданию представить 
конструкцию каждого ЭРЭ с размерами.

Создание и заполнение библиотеки проекта

Одной из основных задач при разработке проекта печатного узла 
является разработка и заполнение библиотеки проекта. Новая библиотека (
библиотека проекта) создается в менеджере библиотек Library 
Executive с использованием команды Library New.
1. В меню команды Library New, выбрав место размещения библиотеки, 
создать папку с именем, состоящим из номера студента по 
списку группы и его фамилии (набрать латинскими буквами). 
2. Открыть папку и в ней создать файл библиотеки (расширение 
файла .lib). Имя библиотеки латинскими буквами (произвольное) 
вписать в строку «Имя файла» перед расширением .lib. Нажать 
клавишу «Сохранить». Путь к файлу библиотеки должен быть указан 
только латинскими буквами! 
3. Перенести библиотеку проекта в список рабочих библиотек 
командой Library Setup и начать ее заполнение.
В библиотеках P-CAD каждый ЭРЭ электрической принципиальной 
схемы, включая элементы «земля» и разъемы, должен быть представлен 
в виде трех объектов:
• символ (symbol) — условное графическое обозначение (УГО) 
ЭРЭ;
• паттерн (pattern) — посадочное место и изображение корпуса;
• компонент (component) — две таблицы, дающие полное представление 
об ЭРЭ, выводах символа и корпуса.

Создание символов ЭРЭ  
и занесение их в библиотеку проекта

Символ (symbol) ЭРЭ — это условное графическое обозначение, 
в виде которого ЭРЭ представляют в электрической принципиальной 
схеме. Все символы ЭРЭ выполняют только в соответствии с требованиями 
ЕСКД (ГОСТ 2.759–82 «Обозначения условные графические 
в схемах». 
При работе в P-CAD конструктор может разрабатывать символы 
ЭРЭ в графическом редакторе Symbol Editor или выбирать их из имеющихся 
библиотек и редактировать. 

1. При работе в графическом редакторе Symbol Editor выполнить 
настройку его конфигурации в меню Options:
• в меню команды Options/Configure в графе Units выбрать метрическую (
mm) систему единиц, в графе Workspace Size — стандартный 
формат листа схемы — А4. Оставить остальные настройки выбранными 
по умолчанию;
• в меню команды Options/Grids установить шаг сетки 2,5 мм; 
• в меню команды Options/Display в закладке Colors можно изменить 
цвета сеток однократной и десятикратной (или оставить заданным 
по умолчанию). Построения выполняются только в однократной 
сетке. Запомнить цвет однократной сетки (не работать в десятикрат-
ной!). Во вкладке Miscellaneous выбрать тип курсора Arrow (стрелка) и 
подтвердить выбор, установив галочку в позицию Scroll Bars (размещение 
на экране линий прокрутки).
Установить, ориентируясь на цвет, однократную сетку клавишами 
«–» и «+» на дополнительной клавиатуре справа.
2. Создать символы входящих в схему ЭРЭ.
Разработка символов ЭРЭ в P-CAD предполагает выполнение 
обязательных операций:
а) рисование тела УГО ЭРЭ (без выводов) с помощью команд 
Place/Line и Place/Arc. При необходимости воспроизведения размера, 
не кратного основному шагу 2,5 мм, перейти к другому шагу сетки 
(например, 0,5 мм), который кратен основному шагу; 
б) простановка выводов с помощью команды Place/Pin; 
в) введение атрибутов символа ЭРЭ командой Place/Attributes. 
В меню команды Place/Attributes в графе Attribute Category следует 
выбрать класс атрибутов по назначению для ЭРЭ — Component. Необходимыми 
атрибутами символа являются:
• RefDes — позиционное обозначение, например R1, R2, …, R15 
и т. д.;
• Type — марка ЭРЭ (обычно редко присутствует на электрической 
принципиальной схеме, но заносится в документ «Перечень 
элементов»); 
• Value — информация о номинале резистора, конденсатора 
(обычно также заносится в «Перечень элементов»);
г) простановка точки привязки ЭРЭ с помощью команды Place/
RefPoint (для перемещения символа курсором по экрану); 
д) проверка разработанного символа командой Utils/Validate;
е) сохранение созданного символа в рабочей библиотеке проекта 
с помощью команды Symbol/Save As. 

3. В меню команды Symbol/Save As в графу Library ввести имя созданной 
библиотеки. Имя символа может быть любым и должно быть 
записано латиницей.

Заполнение раздела Symbols символами  
из библиотек P-CAD

При заполнении раздела Symbols можно воспользоваться символами 
из библиотек P-CAD или из библиотек, имеющихся на кафедре, 
например Bibl1, Bibl2, vitas_all, conn.lib, KP1533 и т. п.
1. Используя программу Source Browser, просмотреть символы ЭРЭ, 
имеющиеся в этих библиотеках. Найдя подходящий символ, двойным 
щелчком по выделенному в библиотеке символу получить его изображение 
в окне программы Source Browser и, нажав кнопку Edit..., перейти 
в редактор Symbol Editor. Здесь необходимо отредактировать символ 
до изображения УГО, которое ЭРЭ должен иметь на принципиальной 
электрической схеме в соответствии с требованиями ЕСКД и ГОСТ 
2.759–82 «Обозначения условные графические в схемах». 
2. Заполнить раздел Symbols изображениями УГО ЭРЭ для заданной 
электрической принципиальной схемы.
3. Создать или доработать символы всех ЭРЭ, а также символы 
«земли» (аналоговой и цифровой). Примеры созданных символов см. 
в приложении 3 (рис. П3.1–П3.5). 

Создание паттернов ЭРЭ и занесение их в библиотеку

Паттерн (pattern) ЭРЭ включает в себя посадочное место ЭРЭ 
(совокупность контактных площадок на печатной плате, к которым 
будут крепиться выводы ЭРЭ), а также проекцию корпуса ЭРЭ (вид 
сверху) с обводкой планарных выводов (это необходимо для учета 
площади, занимаемой ЭРЭ на плате).
В сущности, только в редких случаях приходится заново создавать 
посадочное место для используемых ЭРЭ. В библиотеках 
P-CAD чаще всего имеются файлы подходящих посадочных мест, 
и достаточно доработать их в соответствии с ГОСТ 29137–91 «Формовка 
выводов и установка изделий электронной техники на печатные 
платы» или ОСТ 45.010.030–92 «Электронные модули первого 
уровня РЭС. Установка изделий электронной техники на печатные  
платы».