如何画出一块电路板--PCB
PCB全名为Printed Circuit Board,即印刷电路板。图1就是一块完成布线的PCB图。将相应的PCB文件发给PCB制板厂就可以制造出能装配电子元件的PCB板。设计PCB需要专业的EDA软件工具,根据不同的电路板尺寸、复杂度(电路中包含的元器件数量,电路板层数)以及相关的附件功能(信号完整性分析、电源完整性仿真等)可以选择不同配置的EDA软件工具,其价格从数千人民币到数十万不等。业内知名的EDA软件工具如图2所示。
我们来了解一下从电路图Schamatics设计到电路板PCB设计的一般流程。借助于EDA软件工具,我们先完成电路原理图设计。
图3就是电路原理图,将设计完成的原理图生成网络表,网络表里包含了电路图中每一个元件的信号互连信息以及相应的PCB封装。将生成的网络表导入PCB设计工具中,设计桌面上就会自动生成一堆的封装,并且带有连接指引线,这个时候我们就可以正式开始PCB的布线工作。假设电路中我们采用了0402封装的贴片电阻,那么我们就要在原理图中为电阻元件设置好0402的贴片封装。这种常见封装一般EDA工具中都会有封装库文件,无需设计者去绘制。对于封装库中没有的封装,我们需要自己去画出封装,然后添加进封装库中。元件的封装尺寸数据,在元件的数据手册中都可以查得到。
在进入PCB布线阶段,一般我们先要进行元器件的布局,然后再进行布线。现在的EDA软件都带有自动布线功能,有些简单的电路,在手工优化来布局之后完全可以采取自动布线来完成PCB的设计。复杂些的电路一般都是手工布线,或者有限自动布线,手工优化。PCB还有个重要的概念--层数。PCB制板厂收费也是按层数来算钱,一般是加工费=PCB面积*层数*单位面积单价。PCB的这个层数的概念就是可布线的层数,一般简单电路,双面板就够用了,这种双面板就是正反面走线和安置元器件。比如家电的PCB多为双面版。
相对电路结构简单的家电,智能手机或者电脑的主板基本上都是8层以上的PCB,原因主要有以下几点:
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通过扩展层数来加大可布线区域,这在手机上很好理解,如此小的PCB板上,想要在上下两面完成布线是不可能的。
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通过分层交叉走线,减少信号互扰的可能。
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可以实现大面积敷地线,满足某些器件需要就近接地的需求,有效降低寄生电感。
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对于BGA等密集型引脚封装的,非多层布线,不能引出线路以连接所有引脚(如图8所示)。
以图8中的BGA芯片为例,无法在双面板上完成所有引脚的布线,只能采用多层板,通过打盲孔的方式,将引脚分批引出至不同的层上再进行布线。何为盲孔?以及何为埋孔、通孔,请直接看图9,一目了然。
在布线完成之后,还需要进行网络检查,确保所有PCB走连线与原理图设计相同。最后进行DRC(Design Rule Check),即设计规则检查,检查PCB设计中有无不符合设计规则的地方,比如线路间距、线宽、未连接的焊盘及走线等。
PCB设计到这里就算完成了,将PCB文件或者由其生成的Gerber文件发给PCB制板厂就可以制作PCB。
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