电子设计是什么 电子设计基本概念

电子设计，顾名思义就是电子产品进行方案开发中电路图纸的设计，电路图纸的设计包括原理图的设计以及PCB的设计。电子设计是整个电子产品开发项目的核心，只有保证电路图纸的正确性，才可以保证后期电子产品的正常运转。本章以100个问答的形式，来逐一的讲解我们在电子设计过程中所要接触的一些基本的概念。我们在做电子设计之前，必须要要先了解这些常规的概念，才能对整个电子设计做一个宏观把控，才能做好我们的电子设计。

学习目标

掌握原理图设计中基本概念

掌握PCB设计中的基本概念

掌握PCB生产工艺的基本概念

掌握阻抗设计的常规概念

掌握电子设计中的一些基本原则

掌握电子设计中基本电气元件的功能

1.1什么叫做原理图，它的作用是什么？

答：原理图，SchematicDiagram, 顾名思义就是表示电路板上各器件之间连接关系原理的图表。在方案开发等正向研究中，原理图的作用是非常重要的，而对原理图的把关也关乎整个项目的质量甚至生命。由原理图延伸下去会涉及到PCB layout，也就是PCB布线，当然这种布线是基于原理图来做成的，通过对原理图的分析以及电路板其他条件的限制，设计者得以确定器件的位置以及电路板的层数等。它表示的只是虚拟的连接关系，作用就是为了引导PCB设计人员按照原理图的连接关系来进行连接，如图1-1所示，原理图表示的只是U3这个器件与其它电阻、电容的连接关系，以及器件本身的一些参数。

图1-1 原理图释义框图

1.2什么叫做PCB版图，它的作用是什么？

答：PCB版图，根据原理图画成的实际元件摆放和连线图，供制作实际电路板用,可在程控机上直接做出板来。当制作实际的电路板之前，必须根据原理图绘制出PCB版图，然后用PCB版图进行生产、安装上器件，才可以得到实际的电路板，也就是我们通常所说的PCB。通过图1-1绘制好的原理图，导入到PCB中，绘制出图1-2所示的PCB版图（cadence allegro），我们实际的电路板，也就是这个效果。

图1-2 PCB版图释义框图

1.3什么叫做原理图符号，它的作用是什么？

答：所谓的原理图符号，就是我们在绘制原理图时，需要用一些符号来代替实际的元器件，这样的符号，我们就称之为原理图符号，也称之为原理图库。它的作用就是来代替实际的元器件，我们在做原理图符号的时候，不用去管这个器件具体是什么样子的，只需要匹配一致的管脚数目即可，然后去定义每一个管脚的连接关系就可以了。如图1-3所示，TF卡座的原理图符号展示，以及如图1-4所示，TF卡座的实物图展示。

图1-3 TF卡座的原理图符号

图1-4TF卡座的实物图

1.4什么叫做PCB符号，它的作用是什么？

答：PCB符号，也叫PCB封装，就是把实际的电子元器件，芯片等的各种参数，比如元器件的大小、长宽、直插、贴片以及焊盘的大小，管脚的长宽、管脚的间距等用图形方式表现出来。PCB封装的作用，就是把元器件实物按照1:1的方式，用图形的方式在PCB绘制软件上体现出来，以便绘制PCB版图的时候，进行调用，进行PCB封装绘制的时候，必须保证跟实物是一致的。如图1-5所示是PCB封装展示，图1-6是规格书展示。

图1-5 PCB封装图

1-6规格书图纸

1.5 PCB封装的组成元素有哪些？

答：一个完整的PCB封装是由许多不同元素组合而成的,不同的器件所需的组成元素也不同。一般来说，封装组成元素包含：沉板开孔尺寸、尺寸标注、倒角尺寸、焊盘、阻焊、孔径、热风焊盘、反焊盘、管脚编号（Pin Number）、管脚间距、管脚跨距、丝印线、装配线、禁止布线区、禁止布孔区、位号字符、装配字符、1脚标识、安装标识、占地面积、器件高度。在Cadence Allegro软件中，以下元素是必须要有的：焊盘（包括阻焊、孔径等内容）、丝印线、装配线、位号字符、1脚标识、安装标识、占地面积、器件最大高度、极性标识（只针对极性器件）、原点。如图1-7所示，QFN48的封装展示。

图1-7QFN48的封装展示

1.6常见的PCB封装类型有哪些？

答：常见的PCB封装有有如下几种，如下所示，这些常用的封装，可以直接去我们的本书的交流论坛——PCB联盟网（www.pcbbar.com）的“封装库论坛”进行下载学习。Ø 电阻、电容、电感，如图1-8所示：

图1-8 阻容感封装展示

二极管、三极管，如图1-9所示：

图1-9 二极管、三极管封装展示

排阻类器件（4脚、8脚、10脚、16脚等），如图1-10所示：

图1-10 排阻类器件封装展示

SO类器件（间距有1.27、2.54MM等），如图1-11所示：

图1-11 SO类器件封装展示

QFP类器件，Quad Flat Pack/方形扁平封装，如图1-12所示

图1-12 QFP类器件封装展示

QFN类器件Quad Flat Non-leaded package/四侧无引脚扁平封装，如图1-13所示

图1-13 QFN类器件封装展示

BGA类器件Ball Grid Array /球栅阵列器件，如图1-14所示

图1-14 BGA类器件封装展示

1.7 原理图中器件与PCB版图中的器件是怎么关联的？

答：原理图绘制完成以后，需要将原理图的元器件与PCB版图中的器件关联起来，这样就需要指定对其指定PCB封装。双击原理图（ORCAD图纸）的每一个器件，可以看到每个元器件的属性，其中有一栏是PCB Footprint，在这一栏指定好我们的封装名称，然后我们制作好该元器件的封装，名称保持跟原理图中定义的一致，这样，我们原理图中的器件就与PCB版图中的器件关联起来，是一一对应的关系了。如图1-15所示，在原理图指定R1这个器件的PCB Footprint是R0402，导入到PCB版图中以后，相对应的器件就是0402型号的电阻。

图1-15 原理图电阻R1封装名指定

1.8 整个PCB版图设计的完整流程是什么？

答：原理图检查，检查是否有单端网络、连接错误、没有指定封装等设计问题→原理图输出网表以及网表检查→检查封装库，没有封装库的，匹配原理图，新建封装库→导入原理图网表，将所有器件导入到PCB中;核对产品结构图纸，定位好结构器件→PCB版图布局→布局优化以及布线规划→层叠设计以及整个PCB图的设计规则添加→PCB版图布线→PCB版图电源分割与处理→布线优化→生产文件（Gerber）的输出,凡亿教育推出的有全流程的PCB设计实战视频教学，有需求的可以联系作者购买学习。

1.9 什么叫做金属化孔？

答：金属化孔，Plated Through Hole，缩写为PTH,又称沉铜、孔化、镀通孔。就是指孔金属化这一种工艺，是指各层印制导线在孔中用化学镀和电镀方法使绝缘的孔壁上镀上一层导电金属使之互相可靠连通的工艺。金属化孔的要求是严格的，要求有良好的机械韧性和导电性，金属化铜层均匀完整，厚度在5一10μmm之间，镀层不允许有严重氧化现象，孔内不分层、无气泡、无钻屑、无裂纹，孔电阻在1000μΩ(十五所标准是500μΩ)以下。在PCB版图中所看到的效果如图1-16所示。

图1-16 焊盘编辑器中金属化孔示意

1.10 什么叫非金属化孔，它与金属化孔的区别是什么？

答：非金属化孔，Non-Plated Through Hole, 缩写为NPTH，就是仅仅在板子成品的后工序中，单纯钻一个孔而已，用作机械的定位而已。这个孔跟金属化孔一样，也可以有钻孔跟焊盘，只是过孔的内壁是没有铜的，所有叫做非金属化孔。金属化孔与非金属化孔的最大的区别在于过孔的内壁是否有铜，在PCB版图中看到的非金属化孔的效果如图1-17所示，最显著的特征就是非金属化孔的钻孔大小与焊盘是一样大的。

图1-17 焊盘编辑器中非金属化孔示意

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