PCB设计入门:掌握这些基础概念,避免新手踩坑

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很多刚接触PCB设计的同学,上手直接打开Allegro软件点来点去,画完才发现,基础概念没有理清楚,后面做布局、布线会遇到大量看不懂的报错,DRC一堆问题,改起来非常耗费时间。

PCB并不是简单把元器件摆上去连线就结束,它是衔接原理图和实物电路板的中间载体。想要把板子画稳定、好生产,先要搞懂底层基础概念。

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1、PCB基板与层的概念

我们拿到的实物电路板,核心基材是FR-4板材,也就是玻纤环氧树脂基板。板子不只是表面两层铜箔,根据产品速率、功耗需求,会做成双层板、四层板、六层板甚至十层板。

  • 信号层:用来走元器件之间信号连线;
  • 电源层:专门分配电源网络;
  • 地层:完整参考地平面,对信号回流、抗干扰至关重要。

层叠就是不同层的排布组合,高速电路板,层叠方案是第一步,层叠设计不合理,后续阻抗、信号完整性很难补救。

2、原理图、网表、PCB三者关系

原理图表达逻辑连接,PCB负责物理实物实现,网表就是两者之间的桥梁。

原理图绘制完成,导出网表,再导入Allegro,软件才会知道哪个引脚和哪个引脚需要连通。

很多新手踩坑:原理图修改之后,没有重新导出更新网表,PCB和原理图逻辑不一致,后期调试板子,出现莫名其妙的不通、短路问题。

实操提醒:只要原理图改动涉及引脚、网络,一定要重新导出网表更新PCB,不要直接在PCB内部随意改连接。

3、封装的理解

封装代表元器件在电路板上的物理焊盘尺寸,和原理图符号不是一回事。

原理图符号只表达电气逻辑,不代表真实大小;封装决定器件实际焊接位置、焊盘大小、开孔。

经常出现的错误:原理图调用的封装选错,板子生产出来,器件装不上去,焊盘偏大偏小,虚焊。

同一个芯片,可以对应多种封装,选型的时候,原理图、BOM、PCB封装三者必须对齐。

4、网络、引脚、DRC基础

  • 网络 (Net):同一个电气连通关系,就叫一个网络,比如GND、5V、DDR_CLK;
  • 引脚 (Pin):元器件每个管脚;
  • DRC:设计规则检查。软件按照我们设定的线宽、间距、过孔大小,自动检查板子有没有违反生产规则。

DRC报错不要直接忽略,每一个警告背后,都有可能对应后期短路、开路、生产不良。前期养成习惯,画一部分就跑一次DRC,不要等到全部画完再一次性排查。

5、过孔、铜皮、丝印简单认知

  • 过孔 (Via):实现不同层之间信号连通,分通孔、盲埋孔,普通产品优先通孔;
  • 铜皮:大面积铺铜,多用于地、电源网络,改善散热与回流路径;铺铜不是越多越好,要结合回路和工艺;
  • 丝印层:器件位号、标识文字,只做印刷,不导电。丝印不能压焊盘,否则会造成焊接不良。

6、生产工艺基础概念

PCB设计最终是交给板厂加工,我们所有绘制,都要满足工厂工艺极限。

最小线宽线距、最小孔径、铜厚、阻焊,这些参数,在设计初期就要确认。

新手很容易设计出图纸看着没问题,送去工厂无法生产,被迫回退修改。

小结

PCB设计基础概念看着偏向理论,但全部都是后面实操的铺垫。

后面我们会进入原理图操作、软件设置、Test1实操练习,把这些概念落地到Allegro实际绘图当中。

常见问题(FAQ)

PCB设计中最容易忽略的基础概念是什么?
最容易忽略的是层叠设计和网表同步。层叠影响信号完整性和阻抗,网表不同步会导致PCB与原理图不一致,引发后期调试问题。
为什么DRC报错不能直接忽略?
DRC报错可能对应后期短路、开路、生产不良等问题,忽视会导致板子无法正常工作或无法生产,应养成边画边检查的习惯。
如何避免封装选错的问题?
选型时确保原理图符号、BOM和PCB封装三者对齐,确认封装尺寸与实际器件匹配,避免焊盘偏大偏小导致虚焊。
PCB设计需要了解哪些生产工艺参数?
需要了解最小线宽线距、最小孔径、铜厚、阻焊等参数,设计初期确认这些参数,避免图纸无法生产。
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