初學(xué)者PCB設(shè)計(jì)完整指南

什么是PCB？

印刷電路板，有時(shí)稱為印刷線路板，是定義電路的電線或機(jī)械線結(jié)構(gòu)的功能的板。大多數(shù)電子或機(jī)械設(shè)備和電器的功能都取決于PCB上生成的命令。這意味著PCB是這些系統(tǒng)的核心，如果這些系統(tǒng)中的電子電路不是建立在合理的PCB設(shè)計(jì)或布局上，則該系統(tǒng)將無法正常工作。

PCB由非導(dǎo)體材料制成。玻璃纖維是不導(dǎo)電材料的一個(gè)很好的例子。PCB上的電路板上設(shè)計(jì)有銅走線，以允許將電命令從一個(gè)部分傳輸?shù)搅硪徊糠帧Ｍㄟ^在板上鉆孔，制造商可以將電子組件固定在其相應(yīng)位置并進(jìn)行焊接，以便與銅走線一起形成完整的電路。與其他布線選項(xiàng)相比，電子設(shè)備中使用的PCB可以對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行精確的功能，控制和監(jiān)視。

PCB零件

PCB具有四個(gè)主要部分：基板，銅層，阻焊層和絲網(wǎng)印刷。

基板由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂制成，可以認(rèn)為是基板的骨架。使用它是因?yàn)樗粚?dǎo)電并且可以抵抗斷裂。

銅層由銅箔或銅涂層組成。這部分的目的是在電路板上和從電路板上傳輸電信號(hào)。可以將其描述為PCB的CNS。

阻焊層是PCB的保護(hù)皮。它由聚合物制成，旨在保護(hù)銅層與環(huán)境接觸時(shí)不會(huì)發(fā)生短路。

絲網(wǎng)印刷是您制作PCB的指南。如果我們正在考慮圖形，則可以將絲網(wǎng)印刷描述為您的圖例。它在側(cè)面，其布局包含不同部分的編號(hào)，其徽標(biāo)，組件參考和符號(hào)開關(guān)設(shè)置。

幸運(yùn)的是，我們大多數(shù)使用電子設(shè)備的人都不必?fù)?dān)心PCB的螺母和螺栓。但是，如果您是電子或機(jī)械工程師，那么了解PCB是您職業(yè)的靈魂。從PCB和PCB設(shè)計(jì)的基本知識(shí)開始，您需要了解很多信息。

什么是PCB設(shè)計(jì)？

如果您擁有潛在電子設(shè)備的所有部件，但缺少PCB，那么您的設(shè)備就不存在了。印刷電路設(shè)計(jì)使您的設(shè)備栩栩如生。布局軟件用于將電路原理圖轉(zhuǎn)換為PCB設(shè)計(jì)布局。這意味著鏈接組件和路由以形成電路板上電連接的形式。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的預(yù)期電氣產(chǎn)品選擇布局軟件。如果您是初學(xué)者，務(wù)必要知道可以使用各種類型的布局軟件。以下是最常見的6種：

EAGLE（易于應(yīng)用的圖形布局編輯器）

一個(gè)免費(fèi)的PCB布局軟件，可以在Windows，Mac和Linux上下載。由于它易于使用且具有龐大的電子和電氣組件庫，因此在很大程度上受到歡迎。使用該軟件的原理圖編輯器，設(shè)計(jì)人員可以添加元件并根據(jù)電路要求鏈接它們。原理圖將轉(zhuǎn)換為PCB布局編輯器，以將組件設(shè)置到位。

Multism

由于Multism的歷史，它在布局軟件研究人員和受訓(xùn)人員中很常見。它是為在大學(xué)教授電子學(xué)而開發(fā)的，并提供教學(xué)，研究和設(shè)計(jì)解決方案。這些功能使它成為初學(xué)者進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最佳選擇。

它的主要優(yōu)勢(shì)之一是能夠分析模擬和數(shù)字電子產(chǎn)品。此外，它還可以與復(fù)雜的參數(shù)分析，嵌入式目標(biāo)以及用戶可以根據(jù)需要定義的模板進(jìn)行簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)集成。

盡管EAGLE在PCB布局設(shè)計(jì)方面提供了卓越的支持，但常常因其出色的仿真環(huán)境而被EAGLE給予同等的評(píng)價(jià)，但也被認(rèn)為會(huì)超越EAGLE?？梢栽?/span>Windows上下載Multisim。

OrCAD

OrCAD也可以在Windows，Linux和Mac上下載。該軟件的名稱源自公司名稱（俄勒岡）和CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）。該軟件具有標(biāo)準(zhǔn)的OrCAD設(shè)計(jì)套件，OrCAD Professional和Allegro套件。

標(biāo)準(zhǔn)套件用于生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的概念，而專業(yè)套件則提供設(shè)計(jì)技能。Allegro套件由專家級(jí)的專業(yè)人員使用。

Altium

Altium可以在Windows上下載，但是與大多數(shù)其他布局軟件相比，使用該軟件可以更深入地挖掘您的收入。年度訂閱費(fèi)用約為7000美元。但是，其先進(jìn)的PCB設(shè)計(jì)功能使其物有所值。它們包括設(shè)計(jì)，開發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和原理圖捕獲。

Altium可以在短時(shí)間內(nèi)輕松完成最復(fù)雜的設(shè)計(jì)，因此非常適合初學(xué)者進(jìn)行BCP設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師可以對(duì)其作品進(jìn)行3D預(yù)覽，以注意到并檢查設(shè)計(jì)中的最小細(xì)節(jié)。

KiCAD

KiCAD最初是由Jean-Pierre Charras開發(fā)的，是根據(jù)創(chuàng)用CC（CC）許可的免費(fèi)電氣設(shè)計(jì)軟件。它可用于創(chuàng)建2D和3D PCB布局以及其他功能。它具有一個(gè)對(duì)初學(xué)者PCB設(shè)計(jì)有用的庫。

PCB設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)KiCAD的原理圖編輯器和布局查看器對(duì)于創(chuàng)建和修改設(shè)計(jì)最有用。該軟件支持使用EAGLE創(chuàng)建的文件。

EasyEDA

基于Web的自動(dòng)電子設(shè)計(jì)選項(xiàng)。這意味著您可以登錄公司網(wǎng)站并從那里工作，而無需下載并占用計(jì)算機(jī)上的空間。它被描述為易于使用的界面，使其成為初學(xué)者PCB設(shè)計(jì)的良好平臺(tái)。使用EasyEDA時(shí)，您可以從庫中咨詢各種項(xiàng)目。

Easy EDA的最大優(yōu)勢(shì)在于它能夠支持Altium和EAGLE的PCB原理圖和庫以及此處未討論的其他一些設(shè)計(jì)軟件。

設(shè)計(jì)PCB的步驟

有了上述關(guān)于PCB的知識(shí)，就更容易理解設(shè)計(jì)PCB所使用的步驟。我們概述了使用上述Altium軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的主要步驟。

步驟1：創(chuàng)建原理圖

在PCB設(shè)計(jì)中，將原理圖轉(zhuǎn)換為電路板布局始終是較容易的選擇。直接在船上設(shè)計(jì)更加艱巨。原理圖可以是模板，也可以是設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建的模板，用于創(chuàng)建和編輯布局。

步驟2：建立電路板設(shè)計(jì)

這需要使用該軟件生成空白的PCB文檔（PCBdoc）。該文檔可讓您設(shè)置設(shè)計(jì)形狀和尺寸。您可以在創(chuàng)建最終的PCBdoc之前查看并更新選項(xiàng)。

步驟3：將原理圖鏈接到電路板

這涉及使用布局軟件上的以下步驟將原理圖信息鏈接到PCBdoc。

l單擊設(shè)計(jì)，然后更新PCB（您的PCBdoc的名稱）

l將打開一個(gè)對(duì)話框，您可以從原理圖中查看組件。然后，您可以通過將原理圖信息正確添加到PCB項(xiàng)目中并在完成后單擊驗(yàn)證更改選項(xiàng)來驗(yàn)證更改。

l所有項(xiàng)目上的綠色狀態(tài)表示繼續(xù)，您可以放心地執(zhí)行更改。

l關(guān)閉對(duì)話框。

步驟4：定義板和層堆棧

使用軟件上的層堆疊管理器，可以定義PCB的層的形狀和數(shù)量。

步驟5：放置組件

在Altium Designer上，您可以選擇自動(dòng)或手動(dòng)放置電路的組件。結(jié)合使用這兩個(gè)選項(xiàng)，可以驗(yàn)證每個(gè)組件是否放置在各自的位置。

步驟6：標(biāo)記鉆孔

這需要在要在實(shí)際板上鉆孔的位置上插入標(biāo)記。一些設(shè)計(jì)師可能將其描述為安裝和過孔。應(yīng)根據(jù)PCB制造商的規(guī)格鉆孔。

步驟7：路由跟蹤

路由需要在組件之間創(chuàng)建連接。如果實(shí)際板上有不止一層，則通過孔進(jìn)行布線，這些孔從用作接地層的一層到所有層到用作電源層的一層。

步驟8：驗(yàn)證電路布局

在PCB規(guī)則和約束編輯器上，通過單擊適用于設(shè)計(jì)的規(guī)則，在軟件上運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。

步驟9：添加圖例

完成上述所有操作后，現(xiàn)在就可以添加絲網(wǎng)印刷的標(biāo)簽，標(biāo)記，徽標(biāo)，標(biāo)識(shí)符和其他方面了。確保該字體易于用戶閱讀。

步驟10：生成設(shè)計(jì)文件

設(shè)計(jì)文件將作為Gerber文件生成。Gerber文件是PCB的標(biāo)準(zhǔn)格式，可以作為制作實(shí)際電路板的光繪儀顯示。

最后的話

對(duì)于初學(xué)者而言，PCB設(shè)計(jì)的綜合過程聽起來可能很復(fù)雜。掌握基本術(shù)語，了解可用軟件以及每個(gè)軟件的優(yōu)勢(shì)，并遵循列出的簡(jiǎn)單步驟，可以使初學(xué)者的PCB設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單得多。