如何画出一块电路板--PCB

贸泽电子设计圈 2020-08-04

图1:完成布线两层PCB图
图片来源:pcbbbs.com
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。

图2:知名PCB设计EDA软件工具品牌
图片来源:pcbbbs.com
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:电路原理图
图片来源:eeskill.com/file/id/12225
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。

图4:0402贴片封装
图片来源:zhidao.baidu.com

图5:芯片数据手册中关于封装尺寸的详细数据
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。

图6:家电控制板
图片来源:Haier

图7:智能手机主板
图片来源:Google
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:
  • 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。

  • 通过分层交叉走线,减少信号互扰的可能。

  • 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。

  • 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)。

图8:BGA封装芯片
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。

图9
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。

作者:马玺

马玺,多年来深耕半导体产品的技术开发及市场营销。曾任职于梅特勒-托利多研发工程师,富士通半导体产品工程师,贸泽电子技术营销产品经理等职位。具有10多年国际知名企业电子半导体相关领域产品研发及技术营销专业背景,熟悉嵌入式系统、微控制器,存储器及无线领域相关的市场与技术。

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