PCB设计

PCB设计

一、 元件封装是什么？

元件封装：一是指元件的包装方式，二是指元件的焊盘形状与尺寸。
在绘制PCB板的时候，要保证元件封装绘制正确，否则元件很可能无法焊接到成品板上。
不同的厂家生产的各类元器件的形状、尺寸上都有较大的差异，因此元件的封装也有很多不同的形式。但是总体而言，目前的封装主要分为两类：
一类是直插式，一类是贴片式。

另外，详细划分，又可以划分为以下多类：

• SOP/SOCI封装：Small outline package小外形封装
  

• PLCC封装：Plastic leaded chip charier塑料J引线芯片封装
  

• QFP封装：Quid flat package四侧引脚扁平封装
  

• QFN封装：Quid flat non-leaded四侧无引脚扁平封装
  

• BGA封装：Ball grid array package球栅阵列封装
  

• CSP封装：Chip scale package芯片级封装
  

• SIP封装：Single in-line package单列直插封装

• DIP封装：Double in-line package单列直插封装
  

二、 电阻、电容、电感、磁珠、二极管、三极管是什么？

• 电阻：通常使用到的都是贴片电阻。

• 电容：常用的类型有：陶瓷电容、电解电容等。陶瓷电容属于无极性电容，通常有X7R电容和Y5V电容两种，个头都比较小。电解电容是有极性电容，包括铝电解电容、钽（tan）电解电容（钽电容）等。一般而言，陶瓷电容的容值都比较小，而电解电容的容值更大。另外，铝电解电容的个头一般很大，且是直插式封装；而钽电容个头比较小，贴片封装。原理图中，有些电容旁边带有+号，这就代表了有极性电容。

• 电感：常用的是贴片叠层电感和贴片功率电感。贴片叠层电感体积很小，而贴片功率电感体积稍大，更适合大电流、高感值的场合。

• 磁珠：实际上是单匝的线圈，也可以说是单匝电感，其电感量很小。专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰。

• 二极管：比较常用的是LED灯二极管、肖特基二极管。

• 三极管：常用的有三极管和场效应管（MOS管）。三极管是电流控制元件，分为PNP和NPN两类，三极分别为基极、发射极、集电极。MOS管是电压控制元件，分为P沟道和N沟道两类，另一种分法时增强型和绝栅型，三极分别为栅极、源极、漏极。

三、 数字0402、 0603代表什么？

这些数字指的是电阻、电容、电感等贴片元件的封装大小。
需要明确的是，我们所说0402,0603封装都是英制的，单位是mil，1mil/40=0.025mm，mil除以40可以转换成mm单位。

四、 电源设计时什么？

这里说的电源，指的就是给PCB板供电的电源。实际应用中常会遇到这种情况。我们用电池给PCB板供电，电池电压可能是3.7V、7.4V或者是12V的。然而，板上的元器件需要的供电电压，可能与外部电源电压不符。比如，单片机往往需要3.3V供电，一些超声波传感器需要5V供电，有些电机还需要12V供电。这样就要求我们，通过设计升压、降压或者升降压电路，变换外部电源输入从而满足所有元器件的要求。这也就是这里所说的----电源设计。

通常PCB设计中使用的电源有两类：开关电源和线性电源。（这里主要说直流电源）

开关电源，优势在于效率高。但是其有纹波，外围电路复杂，体积大，设计比较困难。通常包括有，升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）和反相等电路。

线性电源，优势在于外围电路简单，体积小，波纹很小。但是效率低、发热严重。一般而言，线性电源职能做降压，而不能升压，降压的那一部分全都化为发热耗散掉了，所以效率低。另外，还有一类线性电源叫做LDO（低压差线性稳压器），它的特点是可以在降压压差很低的情况下使用。

这一块对于初学者来说可能算是比较复杂的部分了。如果要从头设计一个开关电源，那是非常复杂的，需要把电源芯片的文档看得很熟，然后按照其计算方法，把用到的电阻阻值、电感感值、电容容值都计算出来。

五、 设计过程

PCB设计可以分为两个部分：一是绘制原理图，二是PCB布线。

六、 制作元件库和封装库

这是绘制原理图的前期准备。这一步的重点是，我们需要初步确定会用到的元器件，并且区搜索这些元器件对应的封装与尺寸。一定要按受到的尺寸绘制封装库，否则就算你画出板子来，也可能买不到合适大小的元器件。

当然，能找到现成可用的库是最好的，就不用自己画了。

另外，建议大家把元件的3D模型加上，这样切换3D试图就可以看到板子做好以后的全貌了。

七、 画电路原理图

要实现什么功能，先搞清楚它用的什么芯片，然后参考芯片的技术文档。最后，把模块资料里或是技术文档里的应用电路图直接套用。

八、 PCB布线

• 规则设置
  最重要的是“导线宽度与安全间距”，这个设置好应该就没有太大问题。
• 元件布局
  同一功能模块布局要尽量紧凑
  有些特殊的元器件，布局前最好参考其技术手册，使用其推荐的PCB布局方式（比如某些电源芯片或传感器芯片，这样可以提高应用性能）
  发热大、电流大的元件要原理单片机
  丝印不要遮挡焊盘，另外丝印的作用主要是方便后期焊接找准元器件位置，所以要尽可能保持丝印清晰可见
• 布线号线
  一般原则：
• 信号线宽10~15mil。一般是11mil。
• 不能走锐角线，直角线也尽量不要。
• 对于细引脚来说，使用的线径最好在不超过引脚宽度的情况下尽可能宽。
• 过孔孔径一般可选12,24
• 双面板的两面导线尽量避免平行走线
• 信号线不要形成环路，如果必须有环路，那么越小越好
• SEM32
• 晶振要竟尽能离单片机近，尽坑你保持接晶振的线等长平行
• 晶振下面不要过信号线
• 要接滤波电容。有几个VCC和GND就要接几个滤波电容，滤波电容尽量离单片机近
• 芯片下方可以走信号线，不用太担心
• 布电源线
• 电源线宽30~50mil（单片机等电流很小的期间的电源线可以细一点，16mil的线能过0.9A电流，单片机需要的不会超过0.2A）
• 过孔也要相应变大，可选25,50
• 布地线
• 底线不一定要全部布通，可以最后通过覆铜来把所有地导通
• 滴泪
• 覆铜
• 检查

九、 实际制作

• PCB板制作
• PCB板元件焊接

十、 最终测试