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前言

本文介紹了嘉立創PCB繪制的過程，原理圖繪制的原理&注意事項、封裝選取的原理&注意事項、PCB走線原理&注意事項。

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一、PCB繪制簡介

1.1繪制步驟

1.1.1前期準備

前期準備：明確設計需求，確定電路板的功能、尺寸、形狀、層數等基本參數，準備好所需的元件庫和封裝庫。

1.1.2原理圖設計

原理圖設計：新建工程和原理圖，使用快捷鍵 “Shift+F” 打開元件庫，依據元件名稱或編號選擇所需元件并放置在原理圖中，連接各元件以確定它們之間的電氣連接關系。

1.1.3原理圖轉PCB

原理圖轉 PCB：點擊 “頂部菜單> 設計 > 原理圖轉 PCB”。轉換前需在設計管理器和封裝管理器中檢查是否存在錯誤，如元件與封裝的對應信息異常等。轉換成功后，會自動生成一個 PCB 邊框，并將 PCB 封裝按照順序排列成一排，藍色飛線表示兩個焊盤之間需布線連接，屬于同一網絡。

1.1.4PCB布局

PCB 布局：根據電路板的結構和功能要求，合理安排各個元件的位置，使布線更加順暢，同時要考慮到元件之間的間距、散熱、電磁干擾等問題。

1.1.5布線

布線：使用快捷鍵 “W” 開始布線，單擊左鍵開始繪制導線，再次單擊左鍵確認布線，單擊右鍵取消布線，再次點擊右鍵退出繪制導線模式。可通過按 “+”“-” 鍵調節走線大小，按 “TAB” 鍵修改線寬參數，使用快捷鍵 “L” 進行布線角度切換，還可使用空格鍵改變當前布線的方向。

1.1.6布線優化和絲印

布線優化和絲印：檢查布線是否合理，對不滿意的地方進行調整和優化，如添加淚滴、調整線寬、優化過孔等。同時，添加絲印層的文字和圖形，用于標注元件名稱、編號、功能等信息，方便電路板的生產和調試。
網絡和 DRC 檢查：利用嘉立創 EDA 提供的設計規則檢查（DRC）功能，檢查電路板的設計是否符合規則要求，如線寬、間距、過孔大小等。如有錯誤，根據提示進行修改。

1.1.7制版

制版：完成上述步驟且檢查無誤后，即可將設計文件導出為制版所需的格式，如 Gerber 文件，提交給板廠進行生產制造。

1.2原理

1.2.1電氣連接原理

電氣連接原理：通過在 PCB 上繪制導線、焊盤和過孔等圖元，實現各個元件之間的電氣連接，使電流能夠在電路板上按照設計的路徑流動，從而實現電路的功能。

1.2.2信號傳輸原理

信號傳輸原理：不同的信號在 PCB 上通過特定的線路進行傳輸，需要考慮信號的完整性、抗干擾性等問題。例如，高速信號需要采用較短的傳輸線、合適的線寬和間距，以減少信號的反射和串擾。

1.2.3電源和接地原理

電源和接地原理：為電路中的各個元件提供穩定的電源和接地，通常將電源和地分別連接到相應的電源層和地層上，通過鋪銅等方式來降低電源和地的阻抗，提高電源的穩定性和抗干擾能力。

1.3注意事項

1.3.1元件封裝

元件封裝：確保元件的封裝與實際元件尺寸和引腳布局相匹配，否則可能導致元件無法安裝或電氣連接錯誤。

1.3.2布局規則

布線規則：遵守一定的布線規則，如信號線寬一般為 10-15mil，電源線寬 30-50mil；避免走銳角線和直角線，盡量采用 45 度角或圓弧拐角；雙面板的兩面導線盡量避免平行走線等，以減少信號干擾和電磁輻射。

1.3.3過孔設計

過孔設置：過孔孔徑要根據實際需要進行選擇，一般可選 12-24mil 等；過孔的數量和位置要合理安排，以保證信號的良好傳輸和電源、地的有效連接。

1.3.4DRC檢查

DRC 檢查：在繪制過程中及時開啟 DRC 檢查功能，實時檢測設計中的錯誤，避免在設計后期才發現問題而導致大量的修改工作。

1.3.5制版要求

制版要求：在導出制版文件前，要了解板廠的制版工藝和要求，如最小線寬、最小間距、板邊距等，確保設計文件符合板廠的生產能力，避免因設計不符合要求而導致制版失敗或成本增加。

二、原理圖

1.畫原理圖的原理

1.1電氣連接原理

原理圖的核心目的是表達電路中各個元件之間的電氣連接關系。每個電子元件都有其特定的引腳，通過導線將這些引腳連接起來，電流就能夠按照設計的路徑流動，從而實現電路的功能。例如，在一個簡單的 LED 照明電路中，電源的正極通過導線連接到電阻的一端，電阻的另一端連接到 LED 的陽極，LED 的陰極再通過導線連接到電源的負極，這樣就形成了一個完整的電流回路，使 LED 能夠發光。

1.2信號傳遞原理

除了電流的流動，原理圖還用于描述信號在電路中的傳遞過程。不同類型的信號，如模擬信號、數字信號等，在電路中通過特定的元件和線路進行傳輸和處理。例如，在一個音頻放大電路中，音頻信號從輸入端口輸入，經過電容、電阻等元件的耦合和分壓，再進入放大器進行放大，最后從輸出端口輸出放大后的音頻信號。

1.3模塊化設計原理

為了便于設計和理解復雜的電路，通常會采用模塊化設計的方法。將整個電路分解為多個功能模塊，每個模塊具有特定的功能，如電源模塊、處理器模塊、通信模塊等。每個模塊可以獨立設計和測試，然后通過接口與其他模塊連接，最終組合成一個完整的電路系統。這樣可以提高設計的效率和可維護性。

2.畫原理圖的注意點

2.1元件符號的準確性

選擇正確的符號：要確保所使用的元件符號與實際元件的功能和引腳定義一致。不同的元件庫可能會有不同的符號表示，應選擇標準的、通用的符號，或者根據實際元件的規格書自行創建準確的符號。
符號引腳的順序和定義：元件符號的引腳順序和定義必須與實際元件的引腳排列和功能相對應。在連接導線時，要準確地連接到相應的引腳，避免因引腳連接錯誤而導致電路無法正常工作。

2.2導線連接的規范性

避免交叉和短路：盡量避免導線的交叉，如果無法避免，應使用跨線符號來表示導線的交叉而不連接。同時，要確保導線之間不會出現短路的情況，即不同電位的導線不能直接連接在一起。
連接的完整性：所有需要連接的引腳都必須通過導線連接起來，不能遺漏任何連接。在連接復雜的電路時，可以使用網絡標簽來簡化導線的連接，確保相同網絡標簽的引腳在電氣上是連接在一起的。

2.3標注的清晰性

元件編號和參數：為每個元件標注唯一的編號，并注明其主要參數，如電阻的阻值、電容的容值、三極管的型號等。這樣可以方便在調試和維修時識別元件。
信號名稱和方向：對于重要的信號，應標注其名稱和方向，以便于理解信號的傳遞過程和電路的工作原理。

2.4設計規則的遵守

電氣規則：要遵守基本的電氣規則，如電源和地的正確連接、不同電壓等級的隔離等。同時，要考慮信號的驅動能力和負載能力，確保電路能夠穩定工作。
布局規則：雖然原理圖主要關注電氣連接，但合理的布局也有助于提高設計的可讀性。可以按照功能模塊對元件進行分組布局，使電路的結構更加清晰。

2.5元件庫的管理

更新和維護元件庫：定期更新和維護所使用的元件庫，確保元件庫中的符號和封裝信息是最新的。當使用新的元件時，要及時將其添加到元件庫中，并進行準確的標注和分類。
避免使用損壞的元件庫：在使用元件庫時，要檢查元件庫是否存在損壞或錯誤的情況。如果發現元件庫有問題，應及時修復或更換。

三、元件封裝

元件封裝是指實際電子元件在印制電路板（PCB）上的物理安裝形式和電氣連接方式，它在 PCB 設計中起著至關重要的作用。以下是元件封裝的原理以及注意事項：

1.元件封裝的原理

1.1機械安裝匹配原理

機械安裝匹配原理：元件封裝需要與實際元件的外形尺寸、引腳數量、引腳間距等機械參數相匹配，以確保元件能夠準確無誤地安裝在 PCB 板上的指定位置。例如，常見的直插式電阻，其封裝會根據電阻的軸向長度和引腳直徑等尺寸設計出相應的焊盤間距和安裝孔大小，使電阻的引腳能夠順利插入焊盤孔并進行焊接。

1.2電氣連接原理

電氣連接原理：元件封裝通過焊盤、過孔等結構實現元件引腳與 PCB 上導線之間的電氣連接。焊盤是與元件引腳直接焊接的金屬區域，它與 PCB 上的布線相連，從而使電流能夠從元件引腳傳導到 PCB 的各個部分，實現電路的功能。例如，在表面貼裝元件的封裝中，焊盤的位置和形狀與元件的引腳分布精確對應，通過回流焊工藝將元件引腳與焊盤焊接在一起，形成可靠的電氣連接。

1.3信號傳輸與干擾抑制原理

信號傳輸與干擾抑制原理：對于一些高速或敏感信號的元件，元件封裝的設計還需要考慮信號傳輸的完整性和抗干擾性。例如，在一些高頻芯片的封裝中，會采用特殊的引腳排列方式和屏蔽措施，以減少信號之間的串擾和電磁干擾，保證信號能夠準確、穩定地傳輸。

2.元件封裝的注意事項

2.1尺寸準確性

精確測量元件尺寸：在創建或選擇元件封裝時，必須準確測量實際元件的各項尺寸參數，包括外形尺寸、引腳間距、引腳長度等。任何尺寸上的偏差都可能導致元件無法正確安裝在 PCB 上，或者在安裝后出現接觸不良等問題。

2.2遵循封裝標準

遵循封裝標準：不同類型的元件通常有相應的封裝標準，如常見的 SOP、QFP、DIP 等封裝都有明確的尺寸規范。在設計封裝時，應遵循這些標準，以便與其他設計和制造環節兼容。

2.3焊盤設計

焊盤大小與形狀：焊盤的大小和形狀要根據元件引腳的尺寸和形狀來確定。一般來說，焊盤的直徑應略大于引腳直徑，以保證良好的焊接效果。對于不同形狀的引腳，如圓形、方形或扁平形，要設計相應形狀的焊盤，以增加焊接面積和機械強度。

2.4焊盤間距

焊盤間距：焊盤間距必須與元件引腳間距嚴格匹配。如果焊盤間距過大，元件引腳無法準確對準焊盤，會導致焊接困難；如果間距過小，容易出現短路現象。特別是對于多引腳的密集型封裝，如 BGA 封裝，焊盤間距的精度要求極高。

2.5信號完整性

信號完整性：對于高速信號元件，如高頻時鐘芯片、高速數據傳輸接口等，封裝設計要考慮信號的傳輸延遲、反射和串擾等問題。可以通過合理設計引腳布局、增加信號回流路徑、使用差分信號對等方式來優化信號完整性。

2.6電磁兼容性

電磁兼容性：為了減少元件封裝對周圍電路的電磁干擾以及提高自身的抗干擾能力，可采用一些電磁屏蔽措施，如在封裝周圍設置接地屏蔽環、使用具有電磁屏蔽性能的材料等。對于一些敏感元件，還需要注意其封裝與其他干擾源的距離。

2.7元件封裝的一致性

元件封裝的一致性：在一個 PCB 設計項目中，應確保所使用的元件封裝具有一致性。這包括封裝的名稱、尺寸、電氣屬性等方面的一致，避免因封裝不一致而導致的設計錯誤和制造問題。

2.8封裝庫的更新與維護

封裝庫的更新與維護：隨著電子元件技術的不斷發展和新元件的不斷出現，需要及時更新和維護元件封裝庫。對于已有的封裝庫，要檢查是否存在錯誤或不符合實際情況的地方，并進行修正。同時，要將新元件的封裝及時添加到庫中，以便在設計中能夠方便地使用。

四、PCB

PCB 布線是將原理圖中的電氣連接轉化為實際 PCB 上的物理導線連接，實現電路功能的關鍵步驟。以下是 PCB 布線的原理以及注意事項：

1.PCB 布線的原理

1.1電氣連接實現原理

電氣連接實現原理：根據原理圖中各元件之間的連接關系，通過在 PCB 的不同層上繪制導線，將相應的元件引腳連接起來，形成完整的電流通路，使電子信號能夠在各個元件之間傳輸，從而實現電路的預期功能。例如，在一個簡單的微控制器電路中，需要將微控制器的電源引腳通過電源線連接到電源模塊，將其輸入輸出引腳通過信號線連接到其他外圍設備，如傳感器、顯示屏等，以實現數據的處理和傳輸。

1.2信號完整性原理

信號完整性原理：對于高速信號或敏感信號，需要考慮信號的完整性，以確保信號在傳輸過程中不失真、不受到干擾。這涉及到控制信號的傳輸延遲、反射、串擾等因素。例如，通過合理選擇導線的長度、寬度和間距，以及采用合適的端接方式，可以減少信號反射；通過將敏感信號與干擾源分開布局，并采用屏蔽措施，可以降低串擾。

1.3電源與接地分配原理

電源與接地分配原理：為電路中的各個元件提供穩定的電源和可靠的接地是 PCB 布線的重要任務。通過設計專門的電源層和地層，將電源和地分布到各個元件引腳附近，確保每個元件都能獲得足夠的電源供應，并形成良好的接地回路，以減少電源噪聲和電磁干擾。例如，對于數字電路和模擬電路，通常會采用分開的電源和接地平面，以防止數字信號對模擬信號產生干擾。

2.PCB 布線的注意事項

2.1布線規則設置

布線規則設置
線寬與電流承載能力：根據電路中通過的電流大小來確定導線的寬度。一般來說，電流越大，線寬應越寬，以避免導線過熱和電壓降過大。例如，對于通過 1A 電流的電源線，通常需要設置 1mm 左右的線寬。同時，要考慮不同銅箔厚度下的線寬與電流關系，可參考相關的 PCB 設計規范或經驗公式。

2.2間距要求

間距要求：相鄰導線之間需要保持一定的間距，以防止短路和電氣干擾。間距的大小取決于工作電壓、信號頻率等因素。對于一般的低壓數字電路，導線間距可以設置為 0.2 - 0.3mm；對于高壓電路或高頻電路，則需要更大的間距。此外，還要注意不同網絡之間的間距要求，如電源線與信號線之間的間距應適當加大，以減少電源噪聲對信號的干擾。

2.3過孔設置

過孔設置：過孔用于連接不同層之間的導線。在設置過孔時，要考慮其孔徑、焊盤大小和分布密度。孔徑應根據所使用的鉆頭尺寸和 PCB 板厚來確定，一般常用的過孔孔徑為 0.3 - 0.8mm。過孔的焊盤大小要保證與導線有良好的連接，同時避免過大的焊盤占用過多的空間。過孔的分布應均勻合理，避免在局部區域過于密集，以免影響 PCB 的電氣性能和機械強度。

2.4高速信號布線

高速信號布線：對于高速信號，如時鐘信號、高速數據總線等，要盡量縮短其傳輸路徑，以減少信號延遲。同時，采用差分信號對進行傳輸可以提高信號的抗干擾能力和傳輸質量。在布線時，要保證差分信號對的兩根線等長、平行，且間距均勻。此外，高速信號應避免與其他信號近距離平行布線，以防止串擾。

2.5敏感信號保護

敏感信號保護：對于一些敏感信號，如模擬信號、弱信號等，要采取特殊的保護措施。可以將這些信號布置在單獨的區域，并與干擾源（如大功率電源、高頻噪聲源等）保持一定的距離。同時，可采用屏蔽線或在信號線周圍設置接地保護環等方式來減少外界干擾。

2.6信號層的選擇

信號層的選擇：根據信號的特性和電路的復雜程度，合理選擇信號層。對于簡單的電路，可以將所有信號布置在同一層或少數幾層上；對于復雜的高速電路，可能需要使用多層板，并將不同類型的信號分配到不同的層上，以減少信號之間的相互干擾。例如，將高速數字信號布置在內層，將模擬信號布置在外層，并且通過地層將它們隔開。

2.7電源平面的設計

電源平面的設計：對于多層 PCB，通常會設置專門的電源平面。電源平面應盡量保持完整，避免出現裂縫或分割，以減少電源阻抗和電磁干擾。在電源平面上，可以根據不同的電壓等級進行分區，并通過電源濾波器等元件將不同區域的電源進行隔離和濾波。

2.8接地平面的設計

接地平面的設計：接地平面是 PCB 中重要的電磁屏蔽和回流路徑。要確保接地平面的連續性，將所有接地元件連接到同一個接地平面上。對于數字地和模擬地，應采用分開的接地平面，并在適當的位置進行單點連接，以防止數字地電流對模擬地產生干擾。

2.9電源線與地線的布線

電源線與地線的布線：電源線和地線應盡量加粗，以降低線路電阻和電感，減少電源噪聲和地電位波動。在布線時，要使電源線和地線相互靠近，形成緊密的耦合，以減少電磁輻射。同時，要避免電源線和地線形成環路，以免產生電磁干擾。

2.10考慮制造工藝

考慮制造工藝：在布線時要考慮 PCB 的制造工藝，如制版工藝、焊接工藝等。例如，導線的最小寬度和間距要符合制版設備的精度要求；焊盤的形狀和尺寸要便于焊接，避免出現虛焊、短路等焊接缺陷。此外，還要考慮 PCB 的外形尺寸和加工工藝，如是否需要進行開槽、打孔等特殊加工，以便在布線時預留相應的空間。

2.11設置測試點

設置測試點：為了方便電路的調試和測試，應在 PCB 上設置足夠的測試點。測試點應分布在關鍵的信號節點和電源引腳上，以便能夠通過測試儀器測量信號的電壓、波形等參數。測試點的形狀和位置要便于測試探針的接觸，一般可采用圓形或方形的焊盤作為測試點，并在其周圍留出足夠的空間。

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