第17章 进阶篇_pcb的基本知识与软件学习1

1、一坚科技 STC15 单片机实战指南（C 语言版）从 51 单片机 DIY、四轴飞行器到优秀产品设计 残弈悟恩（小刘老师） 2016官 方 淘 宝 店 铺 ： H T T P : / / F S M C U . T A O B A O . C O M STC15 单片机实战指南（C 语言版）微信号：xymbmcu郑重声明 STC15 单片机实战指南（C 语言版） 一书以一坚科技研发的飛天三號（FSST15-V1.0） 实验板为硬件平台，以深入浅出玩转 STC15 单片机为配套视频，由清华大学权威出版，并且分别是 STC 官方大学计划和高校高性能联合实验室推荐教程和视频，版权归作者和清华大学所有

2、。 本资料以个人学习、工作经验以及宏晶科技单片机技术为素材，以单片机初学者、单 片机项目开发者为对象，教大家如何走进单片机，继而达到开发工程项目为目的。限于时 间和水平关系，资料中难免有过失之处，望各位高手批评指教，多多拍砖，拍累了，你们 休息，我继续上路。 现已连载的方式免费共享于各大电子网站，供单片机新手们参考学习，可以自由下载传阅， 但未经作者许可， 不得用于任何商业目的， 转载请注明出处： 残弈悟恩 （www.ieeB）。最终完整版以所出书籍为准。 3 飛天三號单片机实验板电子工程师基地: www.ieeB飛天三號（FSST15-V1.0）实验板 STC 高

3、性能联合实验室专用试验箱学生实验补充开发板 STC 官方推荐书籍STC15 单片机实战指南配套开发板 STC 大学计划推荐视频深入浅出玩转 STC15 单片机配套开发板 让爱充满大地花 1 秒时间，拯救 1 个人，传递 1 份爱声明：只是残弈悟恩爱心的喷发，我得不到一分钱，各位不要多想，谢谢！ 你知道吗？在非洲北边的某个地区，每一秒都有许许多多的人正在挨饿，每一天至少有一位儿童死于营养不足。你的一次点击就能让某位穷人得到 1.1 杯食物。当然你可以不相信 有这样的链接或者是骗点击什么的。事实上，网站确实是帮穷人得 1.1 杯食物的，只要你点进去点击一下中间的黄色按钮，就会出来一系列介绍各种商品

4、的网页（绝对免费的并且不会下载任何软件，也不会有电脑病毒），同时也会有人因为您的一次点击而得到 1.1 杯食物，食物是由商家提拱的，但爱心却是您献出的。如果你觉得残弈悟恩在忽悠大家，你不妨可以在网上查一下是真与假。 看到这本资料的朋友多数都是电子爱好者、单片机初学者，或者干电子这一行的，管你是穷学生还是穷工人，只要能上网，只要愿花一秒种就可以了。人生在世，有两件事不能等： 一、孝顺；二、行善。无论你是 LED 小灯、普通灯泡也好，还是荧光灯也罢，最重要就是要懂得用自身的光去照耀别人，光的强度并不重要。 点击链接： /clickToGive/

5、home.faces?siteId=1&link=ctg_ths_home_from_ths_thankyou_sitenav 第 17 章 按图索骥 彗泛画涂：PCB 的基本知识与软件学习何让这堆烂肉变得有棱有角、活泼可爱、美丽动人呢？因为与此，上帝为人类创造了骨架。那如何让自己编写的代码也翩翩起舞，当然是为其构建硬件平台，这样软硬通“吃”的你才会 成为公司的香饽饽、社会的“高富帅”。这章我们将会讲述 PCB 的绘制，让读者能掌握基本的PCB 绘制，为后面的四轴飞行器做硬件准备。 17.1 PCB 设计流程笔者前面不止一次的提到，做任何事都得遵循一定的方法、步骤，否则你会败得很惨。笔者这里先

6、不介绍PCB 的设计流程，而是先讲个故事，从“古”到“今”嘛。 相信看到此书的读者，大多数没到建筑队打过工，可能有少部分打过（生活所迫，笔者就是打工仔一枚）。无论去过没有，但我相下来每说的一句话读者都能理解。假如现世界第一高楼“迪拜塔”由你来设计，你肯定不是什么料都不准备（例如连块砖都没、一袋水泥都没、一根钢筋都没），什么图纸都没有，直接从最低层盖，边盖边设计图纸，边盖边准备材料，或者发现盖最高层时还需最低层来支撑，这时再去盖最底层，盖了 10 层发现地基不够坚固，再把楼拆掉去打地基，打好了再盖。这样的总设计师将会被任何人嘲笑，更会被社会唾弃，话说严重了。事实肯定是相反，先去设计图纸，完了按图

7、纸备料，之后是打地基，最后才是盖楼， 边盖边来考证自己的图纸设计是否有问题，这样互相改进、互相提高， 最后“迪拜塔”就是你的杰作了。言归正传，来简述 PCB 的绘制流程，这是残弈悟恩在工作中总结的，不到之处还望各位高手批评指教。 一般 PCB 设计的基本流程可以概括为：前期准备PCB 结构设计PCB 布局布线布线优化和丝印网络和 DRC 检查和结构检查制板。接下来，笔者和具体说明一下这几个步骤里的具体内容和相对应的工作。 1. 前期准备这部分包括准备元件库和原理图。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一块好的板子， 除了要设计好原理之外，还需准备好元件库。在进行 PCB 设计之前，首先要准备好

8、SCH（原理图） 和 PCB 的元件库。元件库可以用软件自带的，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做 PCB 的元件库，再做 SCH 的元件库（当然也可以颠倒过来）。PCB 的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH 的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与 PCB 元件的对应关系就行。之后就是原理图的设计，原理图的设计也很重要，例如 100 k 的限流电阻设计成 1 k 肯定会烧板子（也有不烧的情况，因为你很幸运）。做好后就准备开始 Layout 吧。 2. PCB 结构设计这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在 P

9、CB 设计环境下绘制 PCB 板面， 并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等。并充分考虑和确定布线区 域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。这个步骤对于大、中性公司来说， 一般是先有结构工程师出结构图（CAD 图纸），之后，硬件工程师按照结构图纸进行结构的布 局。对于小公司来说，无论是结构图，还是 PCB 图，甚至软件都由硬件工程师一起来完成。 3. PCB 布局布局说白了就是在板子上放置器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好了的话，就可以在原理图上生成网络表（软件不同，过程不同），之后在 PCB 图上导入网络表（各有差异）。 STC15 单片机实战指南（C

10、 语言版）微信号：xymbmcu就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了， 原则先讲述若干，后面聊天部分还会针对工艺做补充。 （1） 按电气性能合理分区。一般分为：数字电路区(既怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区（干扰源）；处理方法见 EMC。 （2） 完成同能的电路，应尽量靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁； 同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最便捷。 （3） I/O 驱动器件尽量靠近 PCB 的板边引出接插件。 （4） 时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件。 （5） 在每个集成电路的电源输入脚

11、和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）。电路板空间较密时，也可在几个集成电路周围加一个钽电容。 （6） 继电器线圈处要加放电二极管（eg:1N4148）。 （7） 布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置， 以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性，同时应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致”哈。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以这点要花大力气去考虑。布局时

12、，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑，最后再决定摆放位置。有些还需在布线过程中作微调，以便能更顺利的布线。 4. 布线布线是整个 PCB 设计中最重要的工序。这将直接影响着 PCB 板的性能好坏。在 PCB 的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这是 PCB 设计时最基本的要求。如果线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电气性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电气性能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电气性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花

13、花绿绿的，那就算你的电气性能再怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样会给调试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。现对布线做以下总结，希望读者能慢慢积累。 （1） 一般情况下，在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm，最细宽度也可达 0.050.07mm，电源线一般为 0.52.5mm。对数字电路的 PCB 可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网络来使用（模拟电路的地则不能这样使用）。 （2） 预先对要求比较严格的

14、线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的布线应避免相邻平行以免产生反射干扰，必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 （3） 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大面积的地线，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零。 （4） 尽可能采用 45o 的折线布线，不可使用 90o 折线，以减小高频信号的辐射（要求高的线还要用弧线）。 （5） 任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小。信号线的过孔要尽量少，一条线尽量不要超过两个过孔。 （6） 关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。 （7） 通过扁平电缆传送敏感、噪声信号

15、时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。 （8） 关键信号应预留测试点，以方便调试和维修检测用 12 飛天三號单片机实验板电子工程师基地: www.ieeB（9） 布线完成后，应对布线进行优化，同时，经初步网络检查和 DRC 检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用，或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 5. 布线优化与放置丝印“没有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去设计，等你画完之后，再去看一看，还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是：优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要

16、修改之后，就可以铺铜了（软件不同，过程不同）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还可能需要铺电源。对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔、焊盘给挖空。同时，设计时正视元件面，底层的字符应做镜像处理，以免造成别人浑水摸鱼，_。 6. 检查 DRC 与结构首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的 PCB 网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性。网络检查正确通过后，对 PCB 设计进行 DRC 检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证 PCB 布线的电气性能。最后需进一步对 PCB 的

17、机械安装结构进行检查和确认。 7. 制板在此之前，最好还要有一个审核的过程。一般公司都有按自己产品所拟定的一个 PCB 检查表，你可以看着这个表格一项一项去检查，完了自己确认，之后将表格和 PCB 都交项目组长，让他再检查一遍，最后交由公司负责 PCB 部分的 Layout 工程师来做最后的检测，这样你的板子才就可以发出制板了。PCB 设计是一个很考验心思的工作，谁的心思密，经验多， 设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心（这就是为何在公司 PCB 部分女同胞吃香的原因了），充分考虑各方面的因素（比如说便于调试、维修，这一项很多人就不去考虑），精益求精，就一定能设计出一块好板子。 17.2

18、PCB 特性与设计规则上面简述了 PCB 设计的流程，接下来再为读者讲述一些 PCB 的自身特性、设计规则，以及一些设计经验方面的内容。 关于 PCB 的知识点，如果介绍的详细，估计写一、两本书，都很难介绍完毕。这里为了让给读者能轻松愉快、舒适流畅的读完这部分内容，掌握这部分内容，熟练应用这部分内容， 笔者计划以边聊天，边讲述知识点的方式来介绍，希望能和读者达到共鸣。 绿树丛林，花香鸟语。三个侠客来到此地，大侠嗅着花香，开始深入的研究花根、花枝、花 叶中侠呢，半瓶水，在哪里赏花、游山、玩水，还时不时赋几句诗词。小侠更傻、更萌， 更惬意。 大侠呢？比较忙，研究的更深，轻易不会露面，高手在民间嘛。

19、与此，带领小侠入门的任务就落在了半瓶水的中侠身上。笔者希望这个中侠能尽力，为小侠走进这个花花世界，抛块、引块玉。小侠问道：这世界从草到树、小溪到大海、村落到都市是用什么编织在一起的？ 中侠曰：个人主见，应该是地球吧，当然还可以是浩瀚的宇宙。在浩瀚的宇宙里，无论大侠，还是小侠，都是只是一粒尘埃，漂浮不定。 小侠问：那安静、舒适的村庄和喧哗、烦躁的都市又是什么联系在一起的？ 中侠曰：小人愚见，或许是道路吧，飞机有路吗？答案是确定的，有！而且不是想象中的那么直，即使拐弯，也是大大的弧线（高速信号线需尽量走弧线），直角万万不行。 聊到这里，小侠感觉中侠虽然是在用脚指头考虑问题，但似乎还能扯上那么一小丁

20、点道 理。此时，小侠心想着，刚问的这些问题，没有绝对的答案，还是聊聊与 PCB 有关的知识吧。小侠问：那电子元器件是栽种在什么之上，又是靠何物来连接？ 中侠挠着头答道：PCB+导线！ 小侠问：那什么叫做 PCB？ 中侠答曰：顾名思义，PCB（Printed Circuit Board）者，印制电路板，又称印刷线路板也。 小侠问：那什么是印刷电路板？ 中侠曰：答案是，它也是电子部件，是电子元件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。该产品的主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，起中继传输的作用，是电子产品的关键电子互连件，有“电子产品之母”之称。由于它是采用电子印刷术制作的， 故被称为“

21、印刷”电路板。 小侠接着问：那地球有着丰富的组成部分，例如土壤、水、石头等。那它的主要成分又是什么，该从哪些方面考虑 PCB 的基板选型呢？ 17.2.1 PCB 板材类型中侠答：板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作而成的。如何选择， 首先要满足自己所设计产品的性能要求，其次要考虑成本，要知道，在中国，电子产品的研发竞争，归根到底是速度战、价格战。再次就得从加工效率、质量等方面来综合考虑。我们选择的时候要兼顾各个方面，以达到最优的配置，主要得从以下几个方面做综合考虑， 好专业哦，要用心听，否则你将在读一本很枯燥的“天书”。 1. PCB 基板的材质选择PCB 的板材有：FR-5(

22、高 Tg-玻璃化温度)、FR-4、CEM-1、FR1-1/94V0、FR-1/94HB，出于价格的考虑，双面板我们一般用 FR-4，单面板用 FR-1/94HB。 2. PCB 基板的厚度选择所谓厚度者，是指其标称厚度也，即绝缘层+铜箔厚度。一般有：0.5mm、0.7mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、1.6mm、2mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm、6.4mm。比较常用的有 1.0mm、1.2mm、1.6mm 的，板厂一般默认的厚度为 1.6mm，除此之外，别的厚度价格都会有所不同。 3. 铜箔厚度的选择PCB 铜箔厚度指成品铜箔厚度，图纸上应该明确标注为成品厚度（Finishe

23、d Conductor Thickness）。厚度一般有：2OZ/Ft2（70m）、1OZ/Ft2（35m）、0.5OZ/Ft2（18m）铜箔的厚度，选型主要从价格、线宽/线距等方面考虑，铜厚与线宽/线距具体匹配关系，读者自行查阅，一般铜厚为 1OZ。 4. 焊盘表面的处理焊盘和露铜面的表面处理是为了防止铜箔氧化。选用时应从成本，耐热性，以及吃锡是否良好等因素考虑。 一般采用喷锡铅合金工艺，喷锡分为：有铅喷锡和无铅喷锡。喷锡后的 PCB 焊接性能较好，缺点是无铅喷锡的生产成本较高。 有机涂覆工艺（Organic Solderability Preservative 简称 OSP），缺点是可焊保

24、存时间一般仅为 3 个月，重新加工性能差，发粘和不耐焊等。 除以上两种，对细间距的可以考虑化学（无电）镍金，对于频繁插拔、耐磨的地方考虑镀硬金，对于要求不高的，可以考虑用松香水处理。 5. 助焊颜色的选择助焊剂一般常用的颜色有：绿色、蓝色、红色、黄色、黑色。具体颜色的选择，依个人爱好，但默认为绿色，除绿色以外的颜色，有些厂家会加费用，有些不加费用，但有一点需注意， 切记选择颜色太深，比如黑色，会导致看不清线路，不好调试和维修。 6. 丝印的要求丝印常用颜色为白色和黑色。颜色选择要求，总的要求是和周围对比度高，易于识别， 所以一般选择白色。而对于单面板 FR-1 或者 CEM-1 板材，由于板材

25、颜色较浅，在无铜箔的一面放置丝印时，一般选用黑色丝印。 此时的小侠，被中侠一阵忽悠之后，感觉自己好像飘飘似的，更像是秋末最后一片落叶，漫无目的的飘荡于树林中，云里来，雾里去，有点夸夸其谈哈。但读者心里要清楚， 饭要一口一口的吃，知识要一点一滴的积累。 小侠问道：若掌握了些基本的概念，又该怎么画 PCB，或者说布局布线时该注意些什么。就像哪儿修铁轨，哪儿修公路，哪儿架桥、哪儿打隧道比较妥当呢。 中侠曰：这个问题有点广，要说考虑的因素，怎一个了得，那就泛泛的简述一下吧，或者说分享一下个人经验，没有强加之意喔。 首先对绘制 PCB 的软件要熟练，软件者，工具也，若连软件都不会用何谈别的布局、布线，

26、何谈规则，关于软件，后面慢慢道来。 17.2.2 PCB 布局与布线规则在布线之前，必须得有好的布局。就像在修路之前，必须得先选好车站。想想将中国的交通枢纽建在珠穆朗玛峰上的后果是什么？可以说良好的布局是布线成功的有力保证。说到布局， 首先必须得满足结构，这个所谓结构，以后做产品时，要求肯定是特别严格，这个事先必须得和 结构工程师商量好，之后设计板子时，必须按结构走。但是对于初学者，刚开始画板，对于结构 要求是不怎么严格的，只要元器件不冲突，看上去美观，连线较近就可以， 之后慢慢提高。这里残弈悟恩小结几点，望能和新手们共勉。 （1） 为了优化工艺流程，在价格差别不大的情况下，尽可能选用表面贴装

27、元器件。 （2） 尽可能有规则、均匀地分布排列。在一个平面上的有极性元器件的正极、集成电路的缺口等统一方向放置，应尽量满足在 X、Y 方向上保持一致，如钽电容、电解电容。 （3） 器件如果需要点胶，需要在点胶处留出至少 3mm 的空间。 （4） 拼板连接处，元件到拼板分离边要大于 1mm（40mil）以上，以免分板时损伤元器件。 （5） 需要安装散热器的 SMD 应注意散热器的安装位置，布局时要求有足够大的空间， 确保不与其它器件相碰。确保 0.5mm 的距离满足安装空间要求。 （6） 热敏器件（如电解电容、晶振、热敏电阻等）应尽量远离高热器件。 （7） 元器件之间的距离要满足操作空间的要求，

28、如插拔卡以及插拔排线等。 （8） 不同属性的金属器件或金属壳体的器件不能相碰，确保最小 1.0mm 的距离满足安装要求。 （9） 需要两面贴片的 PCB，要注意两面均衡，不得设计 B 面只有很少元器件，避免为了加工背面极少元器件多增加一倍的工艺。 （10） 一般不允许两面插件，因为通常一边只能手工焊接，严重影响效率和质量。 （11） 布局是不允许器件相碰、叠放，以满足器件安装空间要求。 （12） 金属壳体的元器件，特别注意不要与别的元器件或印制导线相碰，要留有足够 的空间，以免造成短路。 （13） 较重的元器件，应该布放在靠近 PCB 支撑点或边缘的位置，以减少 PCB 的翘曲。 （14） 由

29、于目前插装元器件的封装不是很标准，各元件厂家产品差别较大，设计时一 定要留有足够的空间位置，以适应多家供货的情况。 狭路相逢，勇者胜。小侠很有勇气地问道：中侠，至于布局，我以后边实践，边慢慢理解、总结这些知识点，那你再说说布线吧。 中侠昂扬的继续接着忽悠：好，_。那就看看 layout（布线）基本规则，个人主见，不敢强加也。 （1） CLK（没时钟，处理器就不工作，或者乱工作） Clk 部分不可过其它线，via 不超过两个。 不可跨切割，零件两 pad 间不能穿线。 Crystal 正面不可过线，尽量不过线。 Clk 与高速信号线（1394、USB 等）间距要大于 50mil。 （2） VGA

30、（Video Graphics Array） RED、GREEN、BLUE 必须绕在一起，视情况包 GND，R、G、B 不要跨切割。 HSYNC、VSYNC 必须绕在一起，视情况包 GND。 （3） LAN（(Local Area Network） 同一组线，必须绕在一起 Net:RX、TX 必须 differential pair 绕线 （4） USB（Universal Serial Bus） Differential pair 绕线，同层，平行，不要跨切割。 同一组线，必须绕在一起 （5） DDR(Double Data Rate) 阻尼电阻和终端电阻（排阻）NET:MD&MA&DQS&

31、DQM 不能共享。 同组同层走线，采用四倍间距绕线。 （6） POWER 一般用 30:5 走线，线宽 40mil 以上时间距不小于 10mil，VIA 为 VIA40（40mil），或打 2 个 VIA24（24mil） （7） OTHER 所有 IO 线不可跨层。 COM1，COM2，PRINT(LPT)，GAME 同组走在一起。 COM1、COM2 先经过电容，再拉线出去。 （8） 加测试点 测试以 100%为目标至少要加到 98%以上。 Pin to pin 间距最好为 75mil，最低不小于 50mil。 测试点 Pad 最小为 27mil，尽量使用 35mil。 单面测试点距同层零

32、件外框的间距大于 50mil。 CPU 插座包括 ZERO 拉杆,内部不可以放置 Top Side Test Point。 clk 前端不用加测试点，后端可将 via 换成 test_via.(须客户认同)。 不可影响 Differential Pairs 绕线。 （9） 修改 DRC 完成 DRC 检查，内层检查，未连接 PIN 也的检查。 所有 net 不可短路，不可有多余的线段。 （10） 覆铜箔。需要敷铜箔的零件，net 应正确敷铜箔。 （11） 摆放文字面 文字面由左而右、由上而下标示，方向一致。 零件标示，距离零件越近越好。 正确摆放零件脚位,极性标识。 边走边听，小侠感觉有些力不

33、从心了，从布局到布线，一北一南，真是摸不到头啊，好在小侠比较聪明，随听的有些吃力，但想法还不错，说道：在实践中消化，在消化中提高。 这时，中侠又慢慢补充道：其实在 PCB 的绘制中，有个重要的知识点，其实也不是什么重点，知道为好，那就是单位换算和常用的几个数值。 1mm = 39.37mil100mil = 2.54mm1OZ = 28.35g/ft2 = 35m小侠又傻乎乎的问道：上网一搜，发现绘制 PCB 的软件较多，那我该用哪个了，或者说哪个软件更给力，更牛 X 呢？ 17.2.3 绘制PCB 软件类型与线宽画 PCB 的软件确实很多，这个就仁者见仁智者见智了。曾经，笔者刚到公司实习，那

34、是笔者正用 Altium Designer 画图了，有个同笔者一起进入公司很“牛”的同事（还是 985 院校毕业的），看着笔者用 AD10，就说这个软件不行，我说为何，他说：这个软件的封装不 行。当初笔者就笑了，封装是自己画的，有什么不行，规格也是按数据手册定的，又为何不行。所以笔者认为，软件无好坏之分，只有用软件的人才有好坏吧。 （1） 国内用的比较多的是 protel、protel99se、protelDXP、Altium Designer，这些都是一个公司不断发展、不断升级的软件。当前最新版本是 Altium Designer 2015。该公司的软件使用比较简单，设计比较随意，但是做复杂

35、的 PCB 就力不从心了。该软件除了绘制PCB 还集成一些语言编译（例如 C 语言、Verilog HDL 等）功能，还具有浏览器功能，除此之外，还包括模拟/数字仿真、验证与 FPGA 嵌入式系统实施。 （2） Cadende spb 这是 Cadence 的软件，当前版本是 cadence SPB16.3，其中的 orCAD 原理图设计是国际标准，其中 PCB 设计、仿真很全，用起来比 Protel 复杂，主要是要求、设置复杂，就是因为为设计做好了规定，所以设计起来就会事半功倍，比 protel 就明显强大了。 （3） PADS 软件是 MentorGraphics 公司的电路原理图和 PC

36、B 设计工具软件。当前最新的版本是 PADS9.5，其前身是 powerpcb。PADS 软件具有高效率的布局、布线功能，是解决复杂的高速高密集度互连问题的理想平台，该软件和 cadense 一样，比 protel 难上手，但学会了，其强大的布线功能会加快你开发的速度。 （4） 还有一个 EAGLE(Easily Applicable Graphical Layout Editor)，是德国 Cadsoft Computer 公司开发的，在欧洲占有很大市场比例。该软件的优点是价格低、界面丰富、人性化、易于学习和使用，并且具有强大的原理图和 PCB 设计功能，并有很多高级功能。 上述所说的 PC

37、B 设计软件， 其实每个软件都是 PCB 设计的佼佼者，如何选择一款软件， 这个就依个人爱好和习惯了，笔者在大学期间用的是 Altium Designer。后来工作以后，公司用的是 PADS，这样就用起了 PADS，感觉确实功能比 Altium 强大。 曾几何时，网上有一位大侠这样写道：如果是初学 PCB，我觉得 Cadence 比较好，它可以给设计者养成一个良好的设计习惯，而且能保证良好的设计质量。自己认为也有道理，因为Cadence 是这几个软件里最难，功能最强大的软件，虽然给初学者入门带来了不便，但是其强大的各个规则束缚，会让读者一开始养成良好的习惯，这是肯定的。笔者这里不建议读者怎么选

38、择，适合自己的才是最好的。下面笔者将以 Altium Designer14 和PADS9.5 为例来介绍软件的基本用法。 最后小侠又问了一个傻傻的问题：中侠能不能总结一下 PCB 封装元件的过孔的大小、贴片元件引进长度、线宽等具体的数值，以便以后画板用。 中侠曰：那我再小结一下，望能给新手们带来好运。 孔径 = 元件直径 + 0.20.5mm 焊盘外径 = 内径（孔径）+ 0.50.8mm 焊盘长度 = 引脚 + 0.51.0mm 线宽：理论上，如果在板子允许的情况下，线越宽越好。可太宽了不好布线，同时也是一种浪费，因此一般以电流来决定最小线宽，两者的对应关系如表 17-1 所示。 表 17-

39、1 PCB 设计铜铂厚度、线宽和电流关系对照表 铜厚（35m） 铜厚（50m） 铜厚（70m） 电流（A） 线宽（mm） 电流（A） 线宽（mm） 电流（A） 线宽（mm） 4.5 2.5 5.1 2.5 6 2.5 4 2 4.3 2 5.1 2 3.2 1.5 3.5 1.5 4.2 1.5 2.7 1.2 3 1.2 3.6 1.2 2.3 1 2.6 1 3.2 1 2 0.8 2.4 0.8 2.8 0.8 1.6 0.6 1.9 0.6 2.3 0.6 1.35 0.5 1.7 0.5 2 0.5 1.1 0.4 1.35 0.4 1.7 0.4 0.8 0.3 1.1 0.3 1

40、.3 0.3 0.55 0.2 0.7 0.2 0.9 0.2 0.2 0.15 0.5 0.15 0.7 0.15 看着此表可能有些烦，或者说不好记，那就请读者们记住一个经验公式： 电流（A）= 0.15 x 线宽（mm）笔者捎带总结以下几点，作为设计参考用。 1. 信号线信号线以自己设计板子的空间来定，对于有些 BGA 封装的 IC，有时候都走 4mil，若空间宽松，那就尽量走宽一点，推荐一般不要小于 6mil。布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用 IC 脚间走两根线，线的宽度为 0.254mm(10mil)，线间距不小于 0.254mm(10mil)。特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较

41、窄时，可适当减小线宽和线间距。 2. 电源线一定按上表，并留 20%以上的余量，这样才能保证系统的稳定，推荐走 0.5mm（20mil） 以上。 3. 地线地线肯定是越宽越好，所以在 PCB 设计初期，地线先不走，最后直接以地网络（NET） 覆铜就行。这里以双面板为例，对地线的处理做个简单总结。我们都知道，一般将所有的器件（贴片、插件）放置在顶层，线也主要走在顶层，万不得已我们才在底层走线，这样，底层线 段会“割破”板子完整的地，为给板子提供一个完整的地，最后在合适的地方增加适当的地孔， 确保板子阻抗匹配，并为信号提供最短的回流路径。 4. 过孔一般看合作工厂的加工工艺水平，普通工厂双面板最好

42、是 0.4mm/0.7mm 以上；四层板0.3mm/0.6mm 以上为好。对于 1.6mm 的板厚来说，过孔最小为：0.3mm(12mil)。当布线密度 较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小。笔者简单总结一下几点，以便读者参考。 信号过孔（过孔结构要求对信号影响最小） 电源、地过孔（过孔结构要求过孔的分布电感最小） 散热过孔（过孔结构要求过孔的热阻最小） 至于过孔的通流量，我们可以粗劣的计算一下。一般厂家的孔壁铜厚厚为 17m（0.5OZ），这样孔周长 L=3.14*孔径，再乘以 2，就可以粗劣的套用 35m 时的通流表，具体见表 17-1。但对于电源线来说，解决的方法不是无限增加孔径，而是

43、多加几个过孔来增加通流量，上面已经提到用一个 VIA40 或者两个 VIA24。 5. 焊盘、线、过孔、板边的间距要求正常情况下，较密集时可适当小。 PAD and VIA ： 0.3mm（12mil） PAD and PAD ： 0.3mm（12mil） PAD and TRACK ： 0.3mm（12mil） TRACK and TRACK ： 0.3mm（12mil） PAD、VIA、TRACK and BOARD EDGE: 0.5mm(20mil) 17.3 PCB 软件介绍该笔记主要介绍两款软件：Altium Designer2014（笔者写搞时用的 AD14，现已换成 AD15了

44、，软件只是改进了一些 BUG，大致相同，笔者不需深究）以下简称为 AD14、PADS9.5。按前面 PCB 的设计流程来讲述这两款软件 ayout 的过程。读者学习本节内容时，最好先浏览一遍书籍，之后边看书，边上机操作，否则书中所提到的一些专业术语不好理解。 17.3.1 Altium Designer2014 使用方法软件上面已经简单介绍过了，这里就不再说明了。本章主要讲解元件的封装，原理图的设计，PCB 的绘制。这些部分的内容比较多，限于篇幅，只能讲述重点的，不能做全面的讲解，例如中英文的切换设置、绘制界面大小的设置、添加公司名、如何生成 Gerber 文件等。若读者想详细学习，请关注笔者

45、的博客，那里有实时更新的学习资料。说明，笔者以英文版讲解。 1. 新建工程软件其实都大同小异，都是先建工程，后新建文件，再将文件添加进入工程中。AD14 也不例外。双击打开软件，AD14 的启动页面也很漂亮啊，笔者实在忍不住想夸它几句，这里还是贴一张图（如图 17-1 所示），只可惜读者看到的是小黑图，要欣赏大彩图，只能自己动手，丰衣足食。 图 17-1 AD14 的启动界面图 依次选择菜单项:FileNewProjectPCB Project，接着依次选择菜单项:FileNew Schematic，之后再选择:FileNewPCB，接下来肯定得保存该工程和这两个文件了。 STC15 单片机实

46、战指南（C 语言版）微信号：xymbmcu图 17-2 建立好工程之后的界面图 紧接着再新建两个库（PCB 库和 SCH 库）。选择菜单项:FileNewLibrarySchematic Library，再选择菜单项:FileNewLibraryPCB Library，并将其存盘。这时整个工程界面如图 17-2 所示（这里以飛天三號开发板的工程为例）。 2. 新建封装库笔者在前面的流程中已经提到，库分两种：SCH Lib 和 PCB Lib。这里以 DS1302（一款时钟芯片）为例，来讲述其建库的过程。名称就以笔者的库为例。 1） SCH Lib 的建立过程单击图 17-2 的“FSST15.

47、SchLib”（左边工程框和右上角的选项卡都可以）。选择菜单项:ToolsNew Component，输入元件名：DS1302，再单击“OK”按钮。 选择菜单项:PlaceRectangle，接着绘制一个矩形（大小后面放好管脚之后在修改）。接下来是放置管脚，选择:PlacePin，这里需要改管脚的属性，一般有两种，一种是鼠标上附着管脚时按一下键盘上的 Tab 键打开其属性对话框；另一种是放置好之后直接双击打开。管脚的放置，笔者特别提醒两点，建议 一点，关于为了绘图方便将有些管脚放置一起暂时就不说了。 （1） 提醒：管脚的放置是有顺序的。一定要将粘附在鼠标的这头（有个 x）放置在原理矩形框的另一

48、端，只有这端才能连线。 （2） 提醒：管脚的序号一定要正确（推 荐直接从 1 开始到 x，PCB 中也是一样）。图 17-3 SCH 封装图 建议：管脚按数据手册给的管脚顺序放置（当然可以随便，对于新手不推荐这么做）。要转方向，只需按键盘的空格键，设置低电平有效（如图 17-3 的 5 管脚）管脚时，在 待输入的每个字母前加“”（反斜杠），例如：RST。 2） PCB Lib 的建立过程单击图 17-2 的“兰嵌科技.PcbLib”（左边工程框和右上角的选项卡都可以）。选择菜单项 :Tools New Blank Component ， 这样会在左边“ Components ” 列表中新增一个

49、“PCBComponent_1”元件。关于封装的建立笔者这里介绍两种，一种是直接手工添加焊盘法 （主要用于插件的封装）；另一种是借助软件的向导来绘制封装（只能用于贴片的元件）。笔者强烈推荐用向导，因为这种方式即快捷又方便。接下来分两小步来介绍这两种方法。 16 飛天三號单片机实验板电子工程师基地: www.ieeB强势 X 入广告，常用的界面操作快捷键：放大：a.CTRL+鼠标滚轮向前滚；b.压住滚轮， 向前推鼠标；c.PGUP 键。缩小：a.CTRL+鼠标滚轮向后滚；b.压住滚轮，向后拉鼠标； cPGDN 键。左移：SHIFT+鼠标滚轮向后滚。右移：SHIFT+鼠标滚轮向前滚。

50、栅格设置： 先按“G”，再选择。长度测量：CTRL+M。公制和英制的切换：Q。 （1） 直接放置焊盘法。接着上面的操作，双击上面提到的“PCBComponent_1”，将打开一个属性框，Name 里填“DIP2.54P6.1X3.05-8N”，Height 里填“3.05mm”，Description 先不填（也可以随便填）。最后单击“OK”按钮。 设置栅格为“100mil”,选择菜单项:PlacePad，这时按键盘上的“TAB”键打开其属性对话框，在“Properties”下的“Designator”里填“1”（这里的序号一定要与上面的 SCH 中的序号一一对应），别的选择默认，当然读者可以

51、自行修改其参数。之后逆时针按图 17-4 放置 8 个焊盘，其中 1、2 距离为 100mil，1、8 为 300mil（具体请看数据手册）。 最后画顶层丝印，以便表示元件和第一管脚，一定画在“Top Overlay”层（底层的情况先不考虑）。 （2） 向导法。同样先建立一个元件，之后选择菜单项：ToolsIPC Compliant Footprint Wizard.，再“Next”，元件的类型选择“SOP/TSOP”，之后单击“Next”进入封装尺寸对话框，这里的数值填写就是封装的管脚了，读者一定要对照数据手册认真填写，因为这里的数值对错直接影响到封装的正确与否。最后“Next”一路到底，这

52、时一个美丽的“小天使” 就会出现在界面中，如图 17-5 所示。特别提醒一点，这里元件的参考点（Reference）一定要设置好，否则会给以后的绘制、生成带来诸多的麻烦。 图 17-4 PCB 封装图（DIP8）图 17-5 PCB 封装图（SOP8） 两个都要记得保存哦，否则等于白忙活。 3. 关了 SCH Lib 和PCB Lib 封装单击图 17-2 的“FSST15.SchLib”，回到 SCH Lib 的建立页面，单击左下角的“Add Footprint”，进入 PCB Model 选择框，鼠标单击“Browse.”，从而选择存放库的放置，找到上面新建的PCB 封装（SOP8，笔者计

53、划用贴片，如果读者用插件，就选择 DIP8），之后连续两次“OK”按钮，在记得存盘哦，否则还是白忙活。 这样，一个美丽动人的元件将会等着你去调用。剩下的关于一些细节，还有别的元件封装都就留读者自行摸索、研究呢，当然可以联系笔者哦。 4. 原理图绘制回到 xx.SchDoc 界面（xx 为读者所存的原理图名称），开始原理图的设计。该步骤由以下两步来完成。 1） 放置元件 说白了就是从库中调用元件，设计一张完整的原理图。单击右边界上侧的“Libraries”，在自己所建立的库中找到各个所需的元件，之后单击上侧的“PlacePCF8563”或者直接双击， 这时元件会附着在鼠标上，移动鼠标到想放置元件

54、的位置并单击鼠标放置元件。用同样的方法添加别的元件，最后整个元件放置完毕之后的界面如图 17-6 所示。 2） 连线。 图 17-6 放置好元件（未连线）的原理图界面 连线有两种方式：直连法、标号法（总线等这里就不做介绍了）。接下来分别说明这两种方式。这里需要读者铭记一点：电路里，标号相同，表示物理连接。 （1） 直连法。选择菜单项：PlaceWire，在元件 Y2 的 2 管脚端点处单击移动鼠标到U2 的 1 管脚，再单击鼠标，这样就会将他们连接起来。别的同理。 （2） 标号法。先在 U2 的 3 管脚画一段导线，再在 R5 的下端画一段，之后选择菜单项： PlaceNet Label，这时

55、鼠标上附着一个标号（可能不是读者想要的，需要改动），按“TAB” 键，进入网络标号属性对话框，在“Net”处输入“INT#”，之后放置到刚画的两条线段上， 则 OK，连完整个线路之后的原理图如图 17-7 所示。 剩下的像什么总线之类的连接方式，只能读者自己挑灯夜战了，笔者就休息了。 图 17-7 连线之后的原理图界面 5. 更新 SCH 到PCB该过程的目的就是将 SCH 网络更新（也即发送吧）到 PCB 中。具体操作为在 xx. SchDoc 界面中选择菜单项： Design Update PCB Document xx.SchDoc ， 这时出现了一个“Engineering Chang

56、e Order”对话框，可以先检查一下错误，若没错误的话，直接单击“Execute Changes”按钮，稍等片刻，软件会有 xx. SchDoc 界面切换到 xx.PcbDoc 界面， 此时界面如图 17-8 所示（这里只截了部分图）。其中这块红色（见软件）区域为 room 区， 具体有何用，读者先不予理会，直接选中删掉即可；白色连线为飞线，帮助你走线的。 图 17-8 未布局的元件图 STC15 单片机实战指南（C 语言版）微信号：xymbmcu6. 布局与定结构所谓布局就是将元件放好，“没有最好，只有更好”。要遵循的原则请参考上面的“乱聊”部分。生活中也是一样，我们会将书放到书房、衣服放到卧室、碗筷放到厨房。难道哪位读者会将碗筷放到卫生间，将马桶