印制电路板剖析

在印制电路板（PCB）设计中，“层”具有特殊的重要性。所以电路板通常划分为三类：单面板、双面板和多层板。

需要电源的元件称为有源元件，比如晶体管和集成电路IC。相应地，不需要电源的元件称为无源元件，比如电阻和电容。

电路板的作用：

  1. 为一组元件提供机械支撑。元件与电路板相接的位置称为焊盘，我们使用被称为走线的铜线对焊盘进行连接。
  2. 提供元件之间的电气连接。这需要使用导电金属来对焊盘进行连接。电路板使用称为走线（trace）的导电线来实现这些连接。为电路板布设这些走线的过程称为布线（routing），是电路设计过程的关键部分。

理论上，电路板设计相当简单：只要画出元件焊盘的位置并把它们连接在一起。但是在实践中，这个过程有大量的细节需要考虑。走线宽度应设定为多少？金属部分的密集程度是否适当？元件A应当置于顶面还是底面？元件X的焊盘1、3、5、7怎样以最佳方式连接到元件Y的焊盘2、4、6、8上？

电路板设计者的工作通常不会涉及PCB制造过程。我们的工作是为制造厂家提供把我们的设计变成实物时所需要的信息。这些信息由以下三部分组成：

  • 位置 （Locations）——对于每一个特征主体（比如焊盘或过孔），我们需要定义它所在的层和（x，y）坐标。
  • 规格 （Dimensions）——我们要提供包括走线宽度、焊盘面积和铜金属层厚度等几何数据。
  • 钻孔 （Drill holes）——对于每一个钻孔，我们要定义每个孔的位置和所需的钻头直径。

原理图

在创建了一个工程后，首先需要的设计文件是一个原理图。电路原理图是对电路结构的高级描述，提供了关于电路元件、元件有关数值（电阻、电容，诸如此类）和彼此之间连接方式的信息。

原理图并不提供电路有关物理性质的信息，也就是说，原理图不会提及关于电路板尺寸或元件实际摆放位置的任何信息。

设计电路板

在电路板编辑器中设计电路的流程由以下三步构成：

  1. 设置电路板的尺寸。
  2. 确定电路板上每个元件的位置。
  3. 为这些电子元件创建连接。

布线

在新生成的PCB设计图中，元件的连接是用焊盘之间的细线描述的。这些线叫作飞线 （airwires），但它并不是真实世界中的连接。飞线的意义在于确定哪些焊盘需要使用金属走线来连接。将飞线转换成金属走线的过程叫作布线 （routing）。注意，布线并不存在唯一正确的方法。