《手机结构设计》丨NOTES

《手机结构设计》丨NOTES,第1张

本书根据作者多年实际工作经验编写而成,系统、全面地介绍了手机结构设计的细节与技巧。

黎恢来,8年结构设计实战经验,1年工程绘图经验,从事过的行业有通信、机电设计、玩具设计、电子消费品设计等。其中有5年手机结构设计经验,曾任公司工程部主管、手机公司结构总监等,曾参与设计及评审手机产品达数百款之多。

手机方案公司处于手机产业链中的上层,主要提供整套主板方案的设计,包括结构堆叠、硬件设计、软件设计等。手机方案需要在手机芯片的基础上进行开发,主要内容有设计电路,编写软件,确定手机 *** 作界面、 *** 作功能等,并进行测试。完成之后的方案,再销售给其他公司用来做整机。手机质量的优劣,很大程度上是由主板质量的优劣来决定的。

整机公司主要负责整个手机项目的运作及销售,主要工作有以下内容:

立项。确定项目,根据市场需求确定方案。

确定方案。如做什么机型、手机售销价格定位等。

寻找合适的方案公司合作。找到方案公司后确定合作方式,是购买公板还是自定义方案等。

确定外观效果图。外观效果图至关重要,是影响销售的关键因素。

做整机结构。手机结构设计是非常重要的环节,手机结构设计的优劣,直接影响模具的修改次数,还影响整个项目的进程。

模具开模。模具是将手机设计成果直接转化成实际产品必不可少的工具。模具设计及模具加工的优劣直接影响项目的进程。

物料采购。

试产。

量产。

销售。

售后服务。

设计公司主要负责ID设计、MD设计。ID设计是工业设计,实际就是外观设计。MD 设计是结构设计,负责整机的结构。设计公司主要工作流程如下。

接到设计业务。

设计ID图。

建3D外观模型。

做外观手板给客户确认。

设计整机结构。

公司内部评审结构。

做结构手板(非必需的)。

模具厂评审结构。

模具跟进。

输出结构相关资料。

模具T1评审,出改模资料。

模具T2评审,出改模资料。

二频手机。支持GSM900MHz、GSM1800MHz频段的手机是二频手机,在国内及支持二频的国家适用。

三频手机。支持 GSM900MHz、GSM1800MHz、GSM1900MHz频段的手机是三频手机,在世界上大部分国家适用。

四频手机。支持GSM900MHz、GSM1800MHz、GSM850MHz、GSM1900MHz频段的手机是四频手机,在世界上通用。

负责ID图的评审。

负责整机的结构设计。

输出结构相关资料。

模具跟进相关工作。

解决模具试模后结构问题及提供输出改模资料。

项目沟通与跟进。

制订与产品生产相关的各类技术文件。

结构类物料规格、图纸制作和审核,打样确认。

结构类样品测试、小批量试产跟进并进行评估。

对不良现象的原因进行分析,并制定纠正与预防措施。

生产技术支持。

ID是Industrial Design的简称,中文翻译是工业设计。什么是工业设计?工业设计就是以工业产品为主要对象,综合运用工学、美学、心理学、经济学等知识,对产品的功能、结构、形态及包装等进行整合优化的创新活动。工业设计的核心是产品设计,广泛应用于轻工、纺织、机械、电子信息等行业。

手机ID就是手机产品设计,核心内容是手机外观设计,手机ID在手机行业非常重要,直接决定手机的市场受欢迎程度及产品销量。一个优秀的手机ID至少要包括以下内容。

美观性,这是最重要的一点。外形并不一定要花哨,但搭配一定要协调,外形美观的产品容易让消费者喜欢并产生购买欲望,从而产生一种渴望拥用的想法。

实用性,包括结构设计及模具制作实现的可能性等,华而不实的产品是得不到市场认可的。

独特性,在众多的手机产品中,独特的外观造型往往能吸引大家的目光,引起大家的注意。

科学性,包括是否符合人们的使用习惯等。

手机ID图是手机ID的输出成果,主要就是手机外观效果图。

分析手机ID图是手机结构设计的第一步,只有认识ID图,才能做好手机结构。直板手机分四大部分,分别是A壳组件、B壳组件、电池盖组件、按键组件。分析直板手机ID图就从这四大部分着手。

分析ID图,首先要找到主要拆件面。拆件面就是两个零件的共有面,沿这个共有面分拆成两个不同的零件。找拆件面可以根据不同颜色及ID图上的轮廓线来判断,如果不太确定,可与ID图设计人员沟通。步骤:找出A壳与B壳的拆件面,找出B壳与电池盖的拆件面。

分析A壳组件。

分析B壳组件。

分析电池盖组件。

分析按键组件。

五金件分析。

数字键帽分析。

塑料装饰件分析。

堆叠顾名思义就是堆积叠加,英语翻译是Stacking。手机堆叠就是将各种不同功能的电子元器件堆积叠加在一起,组合成一个会产生更多功能的组件。

堆叠板。 完整的手机堆叠板包括PCB、听筒、LCD屏、按键板、话筒、喇叭、摄像头、电动机、电池连接器、电池、TF卡座、TF卡、SIM卡座、SIM卡、天线、USB连接器、各电子元器件、手机芯片等。

听筒。 听筒英文名称是Receiver,是处理声音的元器件,主要作用是在通话中接听对方的声音,听筒与主板的连接常用d片、d簧或者引线焊接,听筒顶面有一层泡棉,主要就是用来密封音腔的,同时还有抗振缓冲和保护作用。

LED显示屏(LED display)。 一种平板显示器,由一个个小的LED模块面板组成。LED ,发光二极管(light emitting diode缩写)。LED显示屏一般用来显示文字、图像、视频、录像信号等各种信息。

按键板。 按键板与主板的连接方式很多,除了B-B连接器外,常用的还有FPC连接。按键板不能悬空,下面一定要有支架或者其他平面物件支撑。

话筒。 话筒的英文全称是Microphone,简写为MIC,又称麦克风、受话器,俗称咪头,是接收声音的元器件。MIC与主板常用引线焊接。MIC可正面放置,也可竖放,但不要放于主板两侧,以免使用时被手挡住声音孔。MIC要远离带有磁性的电子元器件,如电动机、喇叭等,以免影响效果。

主PCB。 主PCB是堆叠的母板,所有电子元器件围绕主PCB叠加。由于拼装PCB的工艺孔分开后如邮票边缘的齿一样,俗称“邮票孔”。

射频天线。 射频天线是接收手机信号的重要部件,通过馈点与主板连接。射频天线类型常分PIFA皮法天线与MONOPOLE单极天线。射频天线最好远离喇叭、电动机、屏蔽罩等带有金属的电子元器件。射频天线附近不能有大面积的五金装饰件,包括壳体不能做带导电的电镀工艺。天线d片与主板接触,天线d片d性越大越好

(在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场;交变电流通过导体,导体周围会形成交变的电磁场,称为电磁波。在电磁波频率低于100khz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁波频率高于100kHz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。)

蓝牙天线。 蓝牙天线是用来短距离无线传输的元器件(使用24—2485GHz的ISM波段的UHF无线电波)蓝牙天线要求低,位置没有具体要求,可靠近射频天线放置。

测试头。 测试头是测试射频天线时所用,设置在射频天线的附近。

摄像头。 摄像头英文是Camera,是一种视频输入设备,在手机中的作用就是拍照与摄像。摄像头与主板常用B-B连接器直接连接,或FPC加B-B连接器、FPC直接焊接等。

喇叭。 喇叭英文是Speaker,又名扬声器,是处理声音的元器件,主要作用就是声音输出。喇叭与主板常用引线焊接或者d片连接。喇叭外形有圆形、椭圆形(又名跑道形)、四方形等。一般来说,喇叭外形尺寸大,出声就大。喇叭上表面有一层泡棉,喇叭底部要有支撑部件,最好密封后音腔。

喇叭支架。 固定喇叭的结构件称为喇叭支架,固定天线的结构件称为天线支架,喇叭支架与天线支架可共用一个。

电动机。 电动机英文是Motor,又名振子,旧称马达,主要作用就是产生振动功能。电动机与主板常用引线焊接或者d片连接。电动机外形有矩式、扁平式。

电池连接器。 电池连接器主要作用就是连接主板与电池,通过贴片焊接在主板上。电池连接器的常用类型有立式、卧式、刀片式等。

电池。 电池是主板的电源,通过电池连接器给主板提供电量。电池容量的大小取决于电芯的容量,电芯越大,电池容量越大。电池馈点的正负极与主板一致,在电池上要标识清楚,电池在有馈点的那一侧要预留扣位位置,结构设计时做扣位固定电池,防止电池掉电。

根据电池外形计算最大电池容量公式:(长-300)×(宽-140)×(厚-020)×011(系数)。 以上公式相减后的数值就是电芯的外形尺寸,各大电芯制造厂商有标准电芯尺寸,设计时最好采用标准尺寸电芯。

USB连接器。 USB连接器主要作用是数据输入/输出,是手机与外部设备联系的通道,在主板上的位置没有要求。

TF卡及连接器。 TF卡英文是T-Flash,是内存卡中的一种。TF卡连接器(TF卡座)主要作用就是固定TF卡及读取TF卡信息。TF卡连接器类型常有掀盖式、d出式、拔插式等。

SIM卡及连接器。 SIM卡英文是Subscriber Identification Module Card,是一种符合ISO标准的微型智能卡,是手机通信系统中的重要部分。SIM卡连接器(SIM卡座)主要作用就是固定SIM卡及读取SIM卡信息。

手机主板电池。 手机主板电池功能与计算机主板上CMOS电池功能一样,在主板断电时,给主板供应微电量,以便存储手机的基本信息。

DC连接器。 DC连接器是手机充电接口,通过d片与主板连接。DC连接器不是必需的部件,因为USB连接器也可以充电。

耳机连接器。 耳机连接器是插耳机的接口,通过贴片焊接在主板上。耳机连接器不是必须的部件,因为USB连接器也可以插耳机。

触摸屏FPC连接器。 触摸屏FPC连接器用来连接触摸屏,通过贴片焊接在主板上。

屏蔽罩。 屏蔽罩主要作用就是对主板中各种电子元器件起屏蔽作用,防止电磁干扰(EMI)。

/手机结构建模与手机结构布局设计等内容略/

PADS 元件类型

在将元件添加到原理图之前,它必须是 PADS 库中的一个已经存在的元件类型(Part Type),一个完整的元件类型应该由以下三种元素组成: 
● 在 PADS Logic 中,被称为逻辑符号或 CAE 封装(CAE Decal) 
● PCB 封装(PCB Decal),如 DIP14 
● 电参数,如管脚号码和门的分配 
下面是一个 7404 的 PADS 元件类型 
元件类型名字:7404 
CAE 封装:INV 
PCB 封装:DIP14 
电参数:6 个逻辑门(A 到 F)使用 14 个管脚中的 12 个管脚,另有一个电源和地管脚 
元件类型可以在 PADS Logic 或 PADS Layout 中建立,CAE 封装仅可以在 PADS Logic 中建立,PCB 封装仅可以在 PADS Layout 中建立。

PADS 设计常用单位

1 mil(密耳)= 00254 mm/1mm=40mil 
1 inch(英寸)= 254 cm 
0402对应的封装为1005(长1mm,宽05mm)

PADS Logic 窗口介绍

工具栏中有两个常用的工具栏:① 选择工具栏 ② 原理图编辑工具栏

在工具栏最右侧有一个打开/关闭项目浏览器(工作窗口左侧的 Project Explorer)按钮,在项目浏览器中可以浏览和选择 
① 原理图页 
② 元器件列表 
③ 元件类型 
④ 网络 
⑤ CAE 封装列表 
⑥ PCB 封装列表

对 sheet 进行编辑

编辑 Sheet Border(页边、板边)划线部分使用的是“原理图编辑工具栏”里的“画 2D 线”

保存编辑后的 sheet 或者其他设计者的 sheet 样式,要全部选中绘图项,合并,保存到库中

管理原理图图页边界:元件编辑器的库-线中进行

切换不同的原理图图页边界:在工具-选项-设计中修改

元件 CAE 封装标识

进入 CAE 封装后,会有几个字符标识 
REF:是一个参考编号,如:U1、U2… 
PART-TYPE:是一个元件类型,如 RK3399、RK1108… 
Free Label 1:是显示元件类型的第一个属性 
Free Label 2: 是显示元件类型的第二个属性 
(对于属性的管理还没有搞懂)

管脚 CAE 封装标识

PNAME:放在这里指示管脚或功能的名字,如A00、D01或VCC 
NETNAME:放在这里指示在原理图中显示时的网络名字标记(未搞懂) 
“#E:放在这里指示管脚号码 
TYP 和 SWP:放在这里指示管脚类型(Type Pin)和门交换值(Gate Swap Values)(未搞懂) 
注意:管脚类型、门交换值仅仅显示在 CAE 封装编辑器中,在原理图中不显示

PADS 中引脚类型

引脚类型一般用于原理图仿真或 DRC 检查中(PADS Logic 中没有 DRC 检查功能),例如 Open Collection 没有接上拉电阻,DRC 检查就会报错或仿真不正常 
① Bidirectional 双向引脚,即 GPIO 口,具有输入输出功能 
② Ground 地 
③ Load 负载引脚,input,接受信号 
④ Open Collector 开集电极引脚,三极管集电极没有上拉(未搞懂) 
⑤ Or-tieable Source 或可连接的源引脚,可以或方式连接在一起的输出信号源(未搞懂) 
⑥ Power 电源正 
⑦ Source 信号源引脚,也就是 output,输出引脚 
⑧ Terminator 信号终端引脚,传输线信号端接(未搞懂) 
⑨ Tristate 三态信号引脚 
⑩ undefined 无定义类型

元件类型、门、CAE 封装

一个元件有一个门、或者多个门,一个门可以只有一个 CAE 封装,或者有多个 CAE 封装(备选 CAE 封装)。 
①一个元件类型有一个门,并且该门只有一个 CAE 封装 
 
②一个元件类型有一个门,该门有多个备选 CAE 封装,绘制原理图添加该类元件时,使用 Control+Tab 对 CAE 封装进行切换 
 
③一个元件类型有多个门,每个门有一个 CAE 封装 
 
④一个元件类型有多个门,每个门有多个备选 CAE 封装

建立元件类型

我习惯的建立元件的顺序:元件类型-CAE 封装-PCB 封装 
① 新建-元件类型 
IF 只有一个门的话,进行下一步; 
Else 如果有多个门的话,先点击编辑电参数,添加门,进行下一步; 
② 编辑图形-选择编辑的门(如果是多个门的话,就依次选择门进行编辑)-画 CAE 封装-保存。这里只画边框和添加引脚,引脚信息将在下一步编辑电参数的时候用 Excel 导入,这里暂不做修改。 
③ 编辑电参数-在 Excel 中编辑好引脚信息,导入引脚信息。 
④ 到 PADS Layout 中进行 PCB 封装的编辑,注意引脚顺序要和导入电参数用到的 Excel 中的信息一致。 
还有一种建立元件的顺序:元件类型-PCB 封装-CAE 封装

PADS Layout 常用快捷键

F2 连线快捷键

F4 换层,会自动加焊盘,比 shift+鼠标左击加焊盘 *** 作方便很多

Ctrl+鼠标左击 部分完成布线或结束布线

Backspace 撤销一步连线

Delete 删除走线

Ctrl+E 移动元件

Ctrl+R 90度旋转元件

Ctrl+I 任意角度旋转元件

Ctrl+F X 镜像旋转元件(即沿着 X 轴一个半轴翻转到另一半轴)

Ctrl+Enter 工具-选项的快捷键

Alt+Enter 元器件特性的快捷键

Ctrl+Tab 是切换 Power 形状的快捷键,连接到电源的网络名称将出现在状态条的左面

按住 shift 滑鼠标滑轮,对页面进行左右移动 
只滑鼠标滑轮,对页面进行上下移动

循环选择

在 PADS Layout 中,当你需要选中的目标处目标密度很高时,也需很难选中想要的目标,这时你可以接受第一个选择,然后重复按 Tab 键,循环将那个目标处所有的目标依次选中,直到想要的目标被选中。

生成 BOM 的两种方法

运行 Basic Scripts 生成 Excel 格式的 BOM 清单

菜单 File-Reports-Bill of Materials 产生 BOM 清单

选择一整段导线

选中一段导线的第一个线段,按 shift 同时选中导线的结束线段,即可选中一整个导线

建立元件的 CAE 封装,引脚间距一般是 100mil

建立 QFN PCB 封装

引脚间距、宽度不变,长度一般画成实物的 2 倍,里面一半,外面一半,或者可以画的再长一点,这样焊接的时候会方便一点,但要注意的是引脚在芯片里面的是多长就画多长,画太长的话容易造成引脚和芯片底部的散热焊盘短路。

如何在引脚名称上加一横线

在编辑引脚名称时,输入反斜杠+引脚名称即可。比如:\RESET

为什么你在 PADS Logic 中建的库,在 PADS Layout 中找不到?

因为没有勾选库同步。在 PADS Logic 或者 PADS Layout 的库-管理库列表中勾选同步即可。一个库中的元素有封装、元件、2D 线、逻辑。所以可以按照项目对库进行分类,将一个项目中用到的都放到一个库中,方便进行管理。 

四层板,如何添加贴装面到第三层的走线?

到工具-选项-布线-布线对 进行修改

为什么 Logic 导入到 Layout 中时所有的丝印都显示为细线?

原因是最小显示宽度设置太宽,到工具-选项-常规-最小显示宽度 修改即可。

邮票孔应该怎么画?

原理图设计时每一个邮票孔当做一个元件。就是一个普通焊盘+钻孔,Layout 的时候将焊盘的一半放置在板边就可以。和普通的焊盘不同,除了贴装面外,内层、对面都要有焊盘,一般情况底层是要贴在主板上面的,所以底层的焊盘要比内层和贴装面的要长一些。 

管理元件的属性标签

在 PADS 的元件编辑器和封装编辑器中的编辑工具栏中有一项“添加属性标签“可以对元件的属性进行设置。

如何生成泪滴

除了在下面页面中对生成泪滴进行配置 

还需要在该页面进行勾选

1、直接打开altium designer的相关窗口,点击图示按钮跳转。

2、这个时候如果没问题,就选择需要画邮票孔的地方进入。

3、下一步d出新的界面,继续根据实际情况确定Multi-Layer那里的参数。

4、这样一来会得到对应结果,即可达到目的了。


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