電子產(chǎn)品概念設(shè)計10問

電子設(shè)計，顧名思義就是電子產(chǎn)品進行方案開發(fā)中電路圖紙的設(shè)計，電路圖紙的設(shè)計包括原理圖的設(shè)計以及PCB的設(shè)計。電子設(shè)計是整個電子產(chǎn)品開發(fā)項目的核心，只有保證電路圖紙的正確性，才可以保證后期電子產(chǎn)品的正常運轉(zhuǎn)。本章以100個問答的形式，來逐一的講解我們在電子設(shè)計過程中所要接觸的一些基本的概念。我們在做電子設(shè)計之前，必須要要先了解這些常規(guī)的概念，才能對整個電子設(shè)計做一個宏觀把控，才能做好我們的電子設(shè)計。

學習目標

掌握原理圖設(shè)計中基本概念

掌握PCB設(shè)計中的基本概念

掌握PCB生產(chǎn)工藝的基本概念

掌握阻抗設(shè)計的常規(guī)概念

掌握電子設(shè)計中的一些基本原則

掌握電子設(shè)計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。在方案開發(fā)等正向研究中，原理圖的作用是非常重要的，而對原理圖的把關(guān)也關(guān)乎整個項目的質(zhì)量甚至生命。由原理圖延伸下去會涉及到PCB layout，也就是PCB布線，當然這種布線是基于原理圖來做成的，通過對原理圖的分析以及電路板其他條件的限制，設(shè)計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PCB設(shè)計人員按照原理圖的連接關(guān)系來進行連接，如圖1-1所示，原理圖表示的只是U3這個器件與其它電阻、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)原理圖畫成的實際元件擺放和連線圖，供制作實際電路板用,可在程控機上直接做出板來。當制作實際的電路板之前，必須根據(jù)原理圖繪制出PCB版圖，然后用PCB版圖進行生產(chǎn)、安裝上器件，才可以得到實際的電路板，也就是我們通常所說的PCB。通過圖1-1繪制好的原理圖，導入到PCB中，繪制出圖1-2所示的PCB版圖（cadence allegro），我們實際的電路板，也就是這個效果。

圖1-2PCB版圖釋義框圖

1.3什么叫做原理圖符號，它的作用是什么？

答：所謂的原理圖符號，就是我們在繪制原理圖時，需要用一些符號來代替實際的元器件，這樣的符號，我們就稱之為原理圖符號，也稱之為原理圖庫。它的作用就是來代替實際的元器件，我們在做原理圖符號的時候，不用去管這個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卡座的原理圖符號展示，以及如圖1-4所示，TF卡座的實物圖展示。

圖1-3 TF卡座的原理圖符號

圖1-4TF卡座的實物圖

1.4什么叫做PCB符號，它的作用是什么？

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

圖1-5 PCB封裝圖

1-6規(guī)格書圖紙

1.5 PCB封裝的組成元素有哪些？

答：一個完整的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。一般來說，封裝組成元素包含：沉板開孔尺寸、尺寸標注、倒角尺寸、焊盤、阻焊、孔徑、熱風焊盤、反焊盤、管腳編號（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)、位號字符、裝配字符、1腳標識、安裝標識、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（包括阻焊、孔徑等內(nèi)容）、絲印線、裝配線、位號字符、1腳標識、安裝標識、占地面積、器件最大高度、極性標識（只針對極性器件）、原點。如圖1-7所示，QFN48的封裝展示。

圖1-7QFN48的封裝展示

1.6常見的PCB封裝類型有哪些？

答：常見的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的交流論壇——PCB聯(lián)盟網(wǎng)（www.pcbbar.com）的“封裝庫論壇”進行下載學習。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

排阻類器件（4腳、8腳、10腳、16腳等），如圖1-10所示：

圖1-10排阻類器件封裝展示

SO類器件（間距有1.27、2.54MM等），如圖1-11所示：

圖1-11SO類器件封裝展示

QFP類器件，QuadFlatPack/方形扁平封裝，如圖1-12所示

圖1-12QFP類器件封裝展示

QFN類器件QuadFlatNon-leadedpackage/四側(cè)無引腳扁平封裝，如圖1-13所示

圖1-13QFN類器件封裝展示

BGA類器件BallGridArray/球柵陣列器件，如圖1-14所示

圖1-14 BGA類器件封裝展示

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，這樣就需要指定對其指定PCB封裝。雙擊原理圖（ORCAD圖紙）的每一個器件，可以看到每個元器件的屬性，其中有一欄是PCB Footprint，在這一欄指定好我們的封裝名稱，然后我們制作好該元器件的封裝，名稱保持跟原理圖中定義的一致，這樣，我們原理圖中的器件就與PCB版圖中的器件關(guān)聯(lián)起來，是一一對應(yīng)的關(guān)系了。如圖1-15所示，在原理圖指定R1這個器件的PCB Footprint是R0402，導入到PCB版圖中以后，相對應(yīng)的器件就是0402型號的電阻。

圖1-15 原理圖電阻R1封裝名指定

1.8 整個PCB版圖設(shè)計的完整流程是什么？

答：原理圖檢查，檢查是否有單端網(wǎng)絡(luò)、連接錯誤、沒有指定封裝等設(shè)計問題→原理圖輸出網(wǎng)表以及網(wǎng)表檢查→檢查封裝庫，沒有封裝庫的，匹配原理圖，新建封裝庫→導入原理圖網(wǎng)表，將所有器件導入到PCB中;核對產(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)計以及整個PCB圖的設(shè)計規(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)計實戰(zhàn)視頻教學，有需求的可以聯(lián)系作者購買學習。

1.9 什么叫做金屬化孔？

答：金屬化孔，Plated Through Hole，縮寫為PTH,又稱沉銅、孔化、鍍通孔。就是指孔金屬化這一種工藝，是指各層印制導線在孔中用化學鍍和電鍍方法使絕緣的孔壁上鍍上一層導電金屬使之互相可靠連通的工藝。金屬化孔的要求是嚴格的，要求有良好的機械韌性和導電性，金屬化銅層均勻完整，厚度在5一10μmm之間，鍍層不允許有嚴重氧化現(xiàn)象，孔內(nèi)不分層、無氣泡、無鉆屑、無裂紋，孔電阻在1000μΩ(十五所標準是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, 縮寫為NPTH，就是僅僅在板子成品的后工序中，單純鉆一個孔而已，用作機械的定位而已。這個孔跟金屬化孔一樣，也可以有鉆孔跟焊盤，只是過孔的內(nèi)壁是沒有銅的，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是一樣大的。

圖1-17焊盤編輯器中非金屬化孔示意

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