電子產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)10問(wèn)

電子設(shè)計(jì)，顧名思義就是電子產(chǎn)品進(jìn)行方案開(kāi)發(fā)中電路圖紙的設(shè)計(jì)，電路圖紙的設(shè)計(jì)包括原理圖的設(shè)計(jì)以及PCB的設(shè)計(jì)。電子設(shè)計(jì)是整個(gè)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的核心，只有保證電路圖紙的正確性，才可以保證后期電子產(chǎn)品的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本章以100個(gè)問(wèn)答的形式，來(lái)逐一的講解我們?cè)陔娮釉O(shè)計(jì)過(guò)程中所要接觸的一些基本的概念。我們?cè)谧鲭娮釉O(shè)計(jì)之前，必須要要先了解這些常規(guī)的概念，才能對(duì)整個(gè)電子設(shè)計(jì)做一個(gè)宏觀把控，才能做好我們的電子設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握原理圖設(shè)計(jì)中基本概念

掌握PCB設(shè)計(jì)中的基本概念

掌握PCB生產(chǎn)工藝的基本概念

掌握阻抗設(shè)計(jì)的常規(guī)概念

掌握電子設(shè)計(jì)中的一些基本原則

掌握電子設(shè)計(jì)中基本電氣元件的功能

1.1什么叫做原理圖，它的作用是什么？

答：原理圖，SchematicDiagram, 顧名思義就是表示電路板上各器件之間連接關(guān)系原理的圖表。在方案開(kāi)發(fā)等正向研究中，原理圖的作用是非常重要的，而對(duì)原理圖的把關(guān)也關(guān)乎整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量甚至生命。由原理圖延伸下去會(huì)涉及到PCB layout，也就是PCB布線，當(dāng)然這種布線是基于原理圖來(lái)做成的，通過(guò)對(duì)原理圖的分析以及電路板其他條件的限制，設(shè)計(jì)者得以確定器件的位置以及電路板的層數(shù)等。它表示的只是虛擬的連接關(guān)系，作用就是為了引導(dǎo)PCB設(shè)計(jì)人員按照原理圖的連接關(guān)系來(lái)進(jìn)行連接，如圖1-1所示，原理圖表示的只是U3這個(gè)器件與其它電阻、電容的連接關(guān)系，以及器件本身的一些參數(shù)。

圖1-1原理圖釋義框圖

1.2什么叫做PCB版圖，它的作用是什么？

答：PCB版圖，根據(jù)原理圖畫(huà)成的實(shí)際元件擺放和連線圖，供制作實(shí)際電路板用,可在程控機(jī)上直接做出板來(lái)。當(dāng)制作實(shí)際的電路板之前，必須根據(jù)原理圖繪制出PCB版圖，然后用PCB版圖進(jìn)行生產(chǎn)、安裝上器件，才可以得到實(shí)際的電路板，也就是我們通常所說(shuō)的PCB。通過(guò)圖1-1繪制好的原理圖，導(dǎo)入到PCB中，繪制出圖1-2所示的PCB版圖（cadence allegro），我們實(shí)際的電路板，也就是這個(gè)效果。

圖1-2PCB版圖釋義框圖

1.3什么叫做原理圖符號(hào)，它的作用是什么？

答：所謂的原理圖符號(hào)，就是我們?cè)诶L制原理圖時(shí)，需要用一些符號(hào)來(lái)代替實(shí)際的元器件，這樣的符號(hào)，我們就稱(chēng)之為原理圖符號(hào)，也稱(chēng)之為原理圖庫(kù)。它的作用就是來(lái)代替實(shí)際的元器件，我們?cè)谧鲈韴D符號(hào)的時(shí)候，不用去管這個(gè)器件具體是什么樣子的，只需要匹配一致的管腳數(shù)目即可，然后去定義每一個(gè)管腳的連接關(guān)系就可以了。如圖1-3所示，TF卡座的原理圖符號(hào)展示，以及如圖1-4所示，TF卡座的實(shí)物圖展示。

圖1-3 TF卡座的原理圖符號(hào)

圖1-4TF卡座的實(shí)物圖

1.4什么叫做PCB符號(hào)，它的作用是什么？

答：PCB符號(hào)，也叫PCB封裝，就是把實(shí)際的電子元器件，芯片等的各種參數(shù)，比如元器件的大小、長(zhǎng)寬、直插、貼片以及焊盤(pán)的大小，管腳的長(zhǎng)寬、管腳的間距等用圖形方式表現(xiàn)出來(lái)。PCB封裝的作用，就是把元器件實(shí)物按照1:1的方式，用圖形的方式在PCB繪制軟件上體現(xiàn)出來(lái)，以便繪制PCB版圖的時(shí)候，進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)行PCB封裝繪制的時(shí)候，必須保證跟實(shí)物是一致的。如圖1-5所示是PCB封裝展示，圖1-6是規(guī)格書(shū)展示。

圖1-5 PCB封裝圖

1-6規(guī)格書(shū)圖紙

1.5 PCB封裝的組成元素有哪些？

答：一個(gè)完整的PCB封裝是由許多不同元素組合而成的,不同的器件所需的組成元素也不同。一般來(lái)說(shuō)，封裝組成元素包含：沉板開(kāi)孔尺寸、尺寸標(biāo)注、倒角尺寸、焊盤(pán)、阻焊、孔徑、熱風(fēng)焊盤(pán)、反焊盤(pán)、管腳編號(hào)（Pin Number）、管腳間距、管腳跨距、絲印線、裝配線、禁止布線區(qū)、禁止布孔區(qū)、位號(hào)字符、裝配字符、1腳標(biāo)識(shí)、安裝標(biāo)識(shí)、占地面積、器件高度。在Cadence Allegro軟件中，以下元素是必須要有的：焊盤(pán)（包括阻焊、孔徑等內(nèi)容）、絲印線、裝配線、位號(hào)字符、1腳標(biāo)識(shí)、安裝標(biāo)識(shí)、占地面積、器件最大高度、極性標(biāo)識(shí)（只針對(duì)極性器件）、原點(diǎn)。如圖1-7所示，QFN48的封裝展示。

圖1-7QFN48的封裝展示

1.6常見(jiàn)的PCB封裝類(lèi)型有哪些？

答：常見(jiàn)的PCB封裝有有如下幾種，如下所示，這些常用的封裝，可以直接去我們的本書(shū)的交流論壇——PCB聯(lián)盟網(wǎng)（www.pcbbar.com）的“封裝庫(kù)論壇”進(jìn)行下載學(xué)習(xí)。Ø電阻、電容、電感，如圖1-8所示：

圖1-8 阻容感封裝展示

二極管、三極管，如圖1-9所示：

圖1-9 二極管、三極管封裝展示

排阻類(lèi)器件（4腳、8腳、10腳、16腳等），如圖1-10所示：

圖1-10排阻類(lèi)器件封裝展示

SO類(lèi)器件（間距有1.27、2.54MM等），如圖1-11所示：

圖1-11SO類(lèi)器件封裝展示

QFP類(lèi)器件，QuadFlatPack/方形扁平封裝，如圖1-12所示

圖1-12QFP類(lèi)器件封裝展示

QFN類(lèi)器件QuadFlatNon-leadedpackage/四側(cè)無(wú)引腳扁平封裝，如圖1-13所示

圖1-13QFN類(lèi)器件封裝展示

BGA類(lèi)器件BallGridArray/球柵陣列器件，如圖1-14所示

圖1-14 BGA類(lèi)器件封裝展示

1.7 原理圖中器件與PCB版圖中的器件是怎么關(guān)聯(lián)的？

答：原理圖繪制完成以后，需要將原理圖的元器件與PCB版圖中的器件關(guān)聯(lián)起來(lái)，這樣就需要指定對(duì)其指定PCB封裝。雙擊原理圖（ORCAD圖紙）的每一個(gè)器件，可以看到每個(gè)元器件的屬性，其中有一欄是PCB Footprint，在這一欄指定好我們的封裝名稱(chēng)，然后我們制作好該元器件的封裝，名稱(chēng)保持跟原理圖中定義的一致，這樣，我們?cè)韴D中的器件就與PCB版圖中的器件關(guān)聯(lián)起來(lái)，是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系了。如圖1-15所示，在原理圖指定R1這個(gè)器件的PCB Footprint是R0402，導(dǎo)入到PCB版圖中以后，相對(duì)應(yīng)的器件就是0402型號(hào)的電阻。

圖1-15 原理圖電阻R1封裝名指定

1.8 整個(gè)PCB版圖設(shè)計(jì)的完整流程是什么？

答：原理圖檢查，檢查是否有單端網(wǎng)絡(luò)、連接錯(cuò)誤、沒(méi)有指定封裝等設(shè)計(jì)問(wèn)題→原理圖輸出網(wǎng)表以及網(wǎng)表檢查→檢查封裝庫(kù)，沒(méi)有封裝庫(kù)的，匹配原理圖，新建封裝庫(kù)→導(dǎo)入原理圖網(wǎng)表，將所有器件導(dǎo)入到PCB中;核對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙，定位好結(jié)構(gòu)器件→PCB版圖布局→布局優(yōu)化以及布線規(guī)劃→層疊設(shè)計(jì)以及整個(gè)PCB圖的設(shè)計(jì)規(guī)則添加→PCB版圖布線→PCB版圖電源分割與處理→布線優(yōu)化→生產(chǎn)文件（Gerber）的輸出,凡億教育推出的有全流程的PCB設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)視頻教學(xué)，有需求的可以聯(lián)系作者購(gòu)買(mǎi)學(xué)習(xí)。

1.9 什么叫做金屬化孔？

答：金屬化孔，Plated Through Hole，縮寫(xiě)為PTH,又稱(chēng)沉銅、孔化、鍍通孔。就是指孔金屬化這一種工藝，是指各層印制導(dǎo)線在孔中用化學(xué)鍍和電鍍方法使絕緣的孔壁上鍍上一層導(dǎo)電金屬使之互相可靠連通的工藝。金屬化孔的要求是嚴(yán)格的，要求有良好的機(jī)械韌性和導(dǎo)電性，金屬化銅層均勻完整，厚度在5一10μmm之間，鍍層不允許有嚴(yán)重氧化現(xiàn)象，孔內(nèi)不分層、無(wú)氣泡、無(wú)鉆屑、無(wú)裂紋，孔電阻在1000μΩ(十五所標(biāo)準(zhǔn)是500μΩ)以下。在PCB版圖中所看到的效果如圖1-16所示。

圖1-16 焊盤(pán)編輯器中金屬化孔示意

1.10什么叫非金屬化孔，它與金屬化孔的區(qū)別是什么？

答：非金屬化孔，Non-Plated Through Hole, 縮寫(xiě)為NPTH，就是僅僅在板子成品的后工序中，單純鉆一個(gè)孔而已，用作機(jī)械的定位而已。這個(gè)孔跟金屬化孔一樣，也可以有鉆孔跟焊盤(pán)，只是過(guò)孔的內(nèi)壁是沒(méi)有銅的，所有叫做非金屬化孔。金屬化孔與非金屬化孔的最大的區(qū)別在于過(guò)孔的內(nèi)壁是否有銅，在PCB版圖中看到的非金屬化孔的效果如圖1-17所示，最顯著的特征就是非金屬化孔的鉆孔大小與焊盤(pán)是一樣大的。

圖1-17焊盤(pán)編輯器中非金屬化孔示意

責(zé)任編輯；lq6