硬件工程师高效培训电路板基础

1、硬件工程师高效培训电路板基础硬件工程师的职责原理图设计PCB板设计安装调试电路板连通寄存器调试对芯片的理解性能调试去干扰、通过一些强制性指标技术支持AE&FAE(Field Application Engineer)。电路板上的常见元器件1 电阻作用：分流、限流、分压、偏置等 参数标注方法：数标法，如：472 表示 47102（即4.7K） 色标法，黑棕红橙黄绿兰紫灰白、金、银，四色环、五色环，最后一个色环都表示精度直标法，一些大功率水泥电阻，如：5W 0.22 同一功率值的电阻，价钱基本相同，SMD比DIP便宜，但焊接工艺需要SMD回流焊，成本高。电路板上的常见元器件2电容 电容对交流信号的

2、阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关 电容的种类有电解电容、瓷片电容、独石电容、钽电容、CBB（聚丙烯）电容、涤纶电容等。 钽电解电容在正负极电压接反时，容易爆炸，慎用。 F G J K L M允许误差 1% 2% 5% 10% 15% 20% 如：一涤纶电容为104J表示容量为0. 1 uF：10X104pF,误差为5%对小容量电容，价钱与容量有关，0.1 uF比0.01 uF贵对大容量电容，价格还与耐压值有关 电路板上的常见元器件3电感 电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。 线绕电感、层叠电感 层叠电感的直流电阻较大，在大电流的通

3、路要慎用。电路板上的常见元器件4二极管单向导电性 常用在整流、隔离、稳压、极性保护、 编码控制。按功能分：整流二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、稳压二极管 发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负 用指针式万用表测量二极管的导通电阻？注意：二极管的封装在PCB与SCH的对应肖特基二极管（高频低阻、低导通电压）、变容二极管（本振）？电路板上的常见元器件5 共射 共集（射随） 共基Ri (输入电阻)中（几百欧几千欧） 大（几十千欧以上） 小（几欧几十欧） Ro(输出电阻)中（几千欧几十千欧） 小（几欧几十欧） 大（几十千欧几百千欧） Av(电压放大倍数) 大 约等于1

4、大Ai(电流放大倍数) 大（几十） 大（几十） 约等于1Ap(功率放大倍数) 3040 dB 约10 dB 1520 dB频率特性 高频差 好 好 应用多级放大器中间级， 低频放大 输入级、输出级或作阻抗匹配用 高频或宽频带电路及恒流源电路 三极管电路板上的常见元器件6场效应管高输入阻抗、低噪声 ，做电子设备的输入级与晶体三极管相比：电压控制元件 、单极型器件、 有些场效应管的源极和漏极可以互换使用、 便于集成 、无法应用于高耐压场合注意三极管、场效应管的封装！PCB加工流程1PCB-PrintedCircuieBoard挠性线路板、刚性线路板敷铜板材：纸基（单面板）、玻璃布基（双面及多面板）

5、，预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化单面板的加工流程： 下料刷洗、干燥网印负性线路图形检验、修板电镀线路图形抗蚀刻材料（镍/金）固化、检查蚀刻铜去抗蚀印料、干燥冲压各种孔刷洗、干燥网印阻焊（常用绿油）网印字符标记图形电气开、短路测试刷洗、干燥预涂助焊防氧化剂（干燥）检验包装成品出厂 PCB加工流程2双面板加工流程 下料钻基准孔数控钻导通孔检验、去毛刺、刷洗化学镀（导通孔金属化）检验刷洗网印负性线路图形检验、修板电镀线路图形抗蚀刻材料（镍/金）去印料蚀刻铜清洁刷洗网印阻焊图形（常用绿油）清洗、干燥网印标记字符图形外形加工清洗、干燥电气通断检测预涂助焊剂、防氧化剂检验包装成品出

6、厂 PCB加工流程3多层板实际上就是2个单面板加n个双面板的结合，层数2n+2多层板的加工流程： 内层双面敷铜板下料刷洗钻定位孔贴抗蚀膜或涂抗蚀剂蚀刻、清洗内层去氧化内层检查（同时外层单面覆铜板线路制作：板材粘结片检查、钻定位孔）层压数控钻其它导通孔孔检查去毛刺、导通孔化学镀铜电镀线路图形抗蚀刻材料蚀刻、清洗检查网印阻焊（绿油）印制字符图形预涂助焊剂、防氧化剂数控铣外形成品检查包装出厂 电路板上的元素1走线（track）不理想的导线，有电阻、电感和电容 大电流低频信号：着重考虑其电阻产生的压降频率高于40MHz的信号：考虑其传输线效应边缘陡峭的信号，我们必须考虑电容效应对边缘的影响 电路板上的

7、元素2过孔（via）过孔对高频信号或者边缘陡峭的信号影响很大 盲孔、半盲孔过孔大小对PCB加工成本的影响孔的直径1/6板厚，影响孔壁镀锡，对我们1.8mm厚的板子，最大过孔直径0.3mm，即12mil过孔越小，寄生电容也越小，适合高速电路过孔的寄生电感，在高速电路中比较明显，滤波电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这时过孔的寄生电感就会成倍增加 信号换层的过孔附近要放置一些接地过孔，以便为信号提供最近的回路。在纯数字板和RF板上，可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔 电路板上的元素3焊盘(pad)SMD焊盘穿孔焊盘椭圆形焊盘其它不规则焊盘加强径热焊盘电路板上的元素4层(laye

8、r) 没有电气属性的层:如丝印层、尺寸标注层 有电气属性的层:布线层、电源层和地层内电层的正片和负片Pads中的内电层：CAM Plane和Split/Mixed layer25包含了地电信息Protel中的内电层：Plane和Middle layer 电路板上的元素5填充区(fill、polygon、flood copper) Fill：将所选区域全部铺铜 ，无论其网表是否一致 polygon ：Protel中的灌铜flood copper：Pads中的灌铜灌铜其实是由多条track组成，有线宽和线间距，合理选择可以形成网状灌铜，但要注意PCB加工厂家能生产的最小间距插装焊盘十字形连接、过孔

9、的全覆盖电路板上的元素6安装孔非金属化花焊盘接插件的塑料插孔定位孔贴片工艺定位PCB板加工定位电路板上的元素7工艺边波峰焊链条通路挡锡条夹边35mm电路板设计流程 1元器件库的建立 利用向导 封装的参考点：导入的新器件在PCB上看不到 焊盘所在的层：做表贴器件 利用已有的PCB生成库文件 注意二极管、三极管等元器件的封装电路板设计流程 2原理图输入 设计栅格的用处 器件标号排列原则：功能模块编号 原理图设计中的可选项 有序分页电路板设计流程 3网表生成和导入 网表导入时的错误提示 保持原理图和PCB图随时一致电路板设计流程 4布局 机械结构 散热 电磁干扰 将来布线的方便性 先，与机械尺寸有关

10、的器件 再，大的占位置的器件和电路的核心元件 最后，外围的小元件 布局和布线交叉进行 具体注意事项见后节 电路板设计流程 5布线 多层板最好是偶数层 布线规则的应用 针对某一类（个）元器件的规则 补泪滴 具体注意事项见后节电路板设计流程 6设计规则检查 连通性、线宽、线间距 电源线宽度、地平面完整性 高频板的信号完整性（SI） 关键信号的保护、差分线对的一致性 数模部分的分割与互通性 工艺边、定位孔、字符位置、大小 内电层的外框边缘15h, 其中h为电路板厚度电路板设计流程 7光绘(gerber)文件的生成材料清单的生成电路板设计说明文档Protel99se原理图中所用的元器件必须在PCB库中

11、存在它的封装可重叠元器件：Component Clearance rule补泪滴(drop tears)：在灌铜之前进行Pads-powerPcbECO模式慎用！最小可见线宽的设置Active Layer Comes to Front设置测试点的添加方法：end via mode、via type地过孔的添加方法：select net，右键跳线（光线）的使用布局的注意事项1从三维角度考虑器件的安放位置 较重元器件应尽量分散放置以防止浸焊时板子变形 ，必要时加螺丝支撑电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局 ，顺时针增加，逆时针减小风机向内吹时散热效果好，但板子很会脏，所以向外

12、抽风的居多 发热器件与电解电容、晶振、锗管等热敏元件的距离 竖放的板子应把发热元件放置在板的最上面 布局的注意事项2双面放器件时底层不得放发热元件 输入端和输出端不能放在板子的同一侧 模拟部分、数字部分、大功率部分元器件要分区放置，注意匹配电阻、耦合电容、滤波电容的位置跳线不要放在IC下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下面金属外壳的元件，插件时外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开，一定要用绿油或丝印油盖住（例如两脚的晶振）布局时，DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向垂直，不可平行 布局的注意事项3大面积PCB(超过500cm2以上),为防止过锡炉时PCB板弯曲,应在PCB板

13、中间留一条5-10mm宽的空隙不放元器件(可以走线)，以用来在过锡炉时夹上防止PCB板弯曲的压条在贴片元件的PCB板上，为了提高贴片元件的贴装准确性，PCB板上必须设有定位标记（MARKS），且每贴装面最少要两个标记，分别设于PCB的一组对角上 布局的注意事项4尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机、VCO等）远离大功率器件尽可能放在电路板边缘 A/D转换器跨分区放置，看器件说明书对于那些可能要经常拆换的元器件应该考虑其拆卸方便板子边缘的元器件的最小距离（工艺边）35mm 引线存在抽头电感，要避免使用有引线的组件，高频环境下，最好使用表贴器件 布线的注意事项1线宽、线间距，板子边

14、缘走线的线宽和线间距大电流 焊盘的处理：加强径、线宽高电压信号线的处理：开槽、加大线间距避免90度拐线走线能短的不要长，过孔能少的不要多大面积灌铜区域(500mm2)应该局部开窗口，防止过波峰焊时断裂电阻、二极管等插装件的脚间距：7.5mm，10mm，12.5mm25mm布线的注意事项2穿孔焊盘的尺寸：焊盘孔直径器件脚直径的1.5倍，焊盘外径焊盘孔直径的1.5倍，椭圆形焊盘长短直径比3:2补泪滴，走线宽度缓变，如从焊盘引出10mil15mil20mil25mil插装焊盘与大面积灌铜的连接：花状连接；贴装焊盘与大面积灌铜的连接：覆盖。Powerpcb中的设置：注意设定各种形状的焊盘。同一块板子上

15、的过孔类型不要太多，钻孔的孔径类型也要尽量少，节省加工成本布线的注意事项3线宽：地线电源线信号线 在多层印制板布线时，如果非要在内层走线，最好是保留地层的完整性，把线走在电源层 为大功率器件（如功放）的电源单独走一条尽可能宽的地回线，以将传输压降减到最低，不要与其它地线直接相连截面1平方毫米的导线，架空线环境中可通过10A的电流，变压器绕线中只能通过3A的电流，在电路板上可通过8A的电流；如果考虑电路板上铜皮厚度0.1毫米，则1毫米线宽可承载最大电流为800mA。此外，对于高频信号为了减小其阻尼，我们通常加大线宽；对于小电流低频信号，其线宽与电路板生产厂家的生产能力有关，一般不要小于0.2mm

16、 布线的注意事项4电流变化剧烈的线（电机供电）应该与周围的信号线保持一定距离，(dv=Ldi/dt)以免电流变化时产生的电磁场对其他信号产生不可预料的影响 去耦电容的位置要放在电源进IC管脚之前才能有效的滤除高频干扰，并且电容接地走线要短而粗 总线的过孔尽量避免把内电层分成两段，交错放置，以保证地层的完整性布线的注意事项5高频信号线、时钟线等信号要注意额外保护，尽量不要加过孔，走线尽可能短，同时在信号线旁边要注意包地屏蔽，信号的下一层最好也是地，千万别以为把这些线走在地层会有很好的屏蔽作用。输入部分走线不能太长，输出部分可以适当加长，因为输出电阻小，不易感应噪声对VCO、RF信号等敏感信号的保

17、护，走线要尽量短 布线的注意事项6差分对走线：线对中间不允许出现其它信号的过孔，线对一定要同时走过孔，差分信号一般无法直接用示波器测量真实波形贴片密封装IC连续几个管脚同一网络，最好不要大面积直接相连，以免给生产检修带来不便贴装焊盘下面不要放置过孔批量生产的PCB过孔尺寸直接影响加工成本有些元器件的穿孔焊盘孔不能太大，以免过波峰焊时被焊锡顶起来布线的注意事项7蛇行走线 保证信号的延迟在一个范围内 阻抗匹配 滤波电感 短而窄的蛇形走线可做保险丝 蛇形线间距最少是线宽的两倍过孔覆盖绿油，特别对于器件密度较高的贴装电路板 布线的注意事项8位号、说明字符、部品号、测试点的放置 丝印不要放在锡膏上（焊盘

18、、不涂绿油的地方） 测试点，贴装的测试点尽量放在非元器件面，插装测试点的位置要便于测试屏蔽罩、散热器的接地 有些器件的散热器不能接地，一定要注意 屏蔽罩接地一定要接到被屏蔽模块的地螺丝安装孔接地要有试验数据做参考，并不是所有的都要接地电路板安装调试1安装清单贴装样板手工安装顺序：小阻容电感贴装IC插装阻容、插座、IC较大的插装器件，如，变压器等初调： 测量电源电压，要等一会看是否会下降 测量晶振是否已经正常起振 测量有些IC自带的基准电压 电路板安装调试2单面安装板、双面（或多层）走线单面安装板、双面走线（或多层）双面安装板SMD、插装混合安装工厂单面板纯插装器件大批量生产时安装顺序插件机：跳线、小功率的电阻、普通二极管、瓷片电容、小电解电容、三极管等器件，器件腿已经剪掉并折勾手插：每个工位负责若干个位号，插装电解电容、功率电阻、整流二极管、小型插座等，有时候会对管脚较长的器件进行预处理，先把其管脚剪短一点电路板安装调试3过波峰焊：检查：对连焊的地方进行修补，对漏焊的焊点进行补焊手工补焊：一些较大的器件，如变压