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自己设计 PCB 电路板,需要学习哪些科目?

2020-12-4 09:37:07  6984 PCB pcb设计 PCB线路板 单片机 STM32
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个人认为题主(或与题主有类似疑问的知友)首先需要明确两件事:
1、设计PCB不是目的,而是工具或手段;
2、设计PCB入门最好的方式就是动手完成一个属于你自己的板子,然后记得丝印写上Designed By XXX,成就感爆棚!
关于第一条,这么说是因为,当你想做一个有XX功能的高端玩具:一个遥控的行驶的小车/可以产生正弦波的“信号发生器”/能把12V直流电转换为5V直流电的“变换器”/可以识别不同方向声源发出的位置的定位装置,PCB设计都是必不可少的。但是,千万别以为,会设计PCB就完事了,还有很多很多任务,才算完事:理论框架分析 ——>硬件系统设计、器件选型、原理图设计、PCB设计、打烊、硬件调试 ——>机械结构选型、设计——>软件代码设计、调试——>才能完工。
————————正文 —————————
那么,设计PCB到底需要学哪些科目?
这个问题其实很复杂,具体来说看你要做什么,画不同产品/应用场合的电路板,要求都不一样。
当然,如果你的PCB就是一个51单片机的最小系统,那么,除了注意下唯一的高频器件晶振靠近点时钟引脚,其他地方连对线,基本上就算能用的板子了。
但是,有两个方向是对PCB设计要求高的方向:一个是功率很大的PCB,如电力电子领域;一个是速度很高的PCB,如信号尤其射频领域。这两个领域,除了连对线,还有很多高级技巧了:如线径取多大(通流能力够不够?),怎么走线(90度还是45度),线与线的关系(寄生电感,寄生电容多大),线与线的距离(耐压够不够?),产生的磁场/电场的相互影响情况等),器件怎么布局,供电系统怎么分配……真的好多!
不过刚开始,你可以不必关心这些,但是如果你想潜心修炼这方面的技能,多少知道点还是有必要的!
简单梳理一下:
1、初阶技能:工具+查资料+基本知识
工具学习是一定要掌握的,不然没法开始干活的,altium designer挺好用,推荐使用,容易破解。
有了这个软件,结合查资料(如datasheet)你就可以从认识,到熟悉你需要的每个器件,你可以制作自己的元件库,你也可以通过这个过程慢慢熟悉常用器件(模拟,数字,接插件等等)。
当然,你会慢慢需要知道,一个运放该怎么用,电阻怎么算,怎么取,这是模拟电路的知识…… 或者你想做一个Buck电路,那么需要电路知识…… 这是系统性的电子设计知识……可以从《模拟电路设计》《数字电路设计》《电路》《电力电子技术》等等书中找到知识的原型,但我仍然建议你,通过实践活学活用~
2、中阶技能:常规设计规范
当你设计了十块板子了,你还总是随心所欲的画板子,那就没什么意思了。你需要知道一些设计规范了。
例如,模拟地与数字地需要隔离、电源主功率环路最小原则、差分信号线径一致性原则、电源滤波电容要离Vin引脚最近等等。
另外,怎么布局比较科学,比较美观,比较省地方,也该是你慢慢需要思考的问题。
3、高阶技能:SI/PI/EMC……高手
当我画的板子数量我自己都数不清的时候,数量就不再重要了,质量是否上成很重要。
比如,我可能设计某个220V转-48V的板子,都设计好多年了,那么布局布线可能已经深深的刻在自己的脑子里了,这时,就某一条sense线到底怎么走的问题,可能我要花好长时间分析,因为这涉及到稳压精度。还比如,一条drive线怎么走,也可能要仔细研究,因为这涉及到电源的EMC能不能过。
而高手,互联设计专家,EMC专家、SI/PI专家,就是这么日积月累磨出来的。
所以,学啥都可以,只要你学的够精就行。

———————但愿有您想要的干货————————————————————————
其实PCB设计这一块,本人也是处于中阶水平(画过不少板子,但也不专业)。为了让你们有尽可能多的收获,结合自己积攒的一些资料,就再分享一下哈~
按上文的顺序来说吧~
======初阶======
对于初阶的朋友,其实我不想分享任何一本书,因为这个阶段属于你对“PCB设计”这一技能的认知、相关知识体系建立的阶段,是不需要看任何高深莫测的理论或者规范的,只需要你知道有这个/那个,这个/那个怎么用,然后完成几个简单系统的设计就可以。
工具使用方面:以altium designer为例,可以参考软件自己的资料,在工具栏->Help部分,也可以边用边搜,除了一些生僻高级用法,一般基本可以一路从头Baidu到尾。
器件手册方面:可以从这里或者器件官方网站找。Datasheet search site for Electronic Components and Semiconductors and other semiconductors.
Tips:比如TI官网模拟, 半导体, 数字信号处理 - 德州仪器,我们刚开始只习惯搜某个器件的datasheet,其实你试试搜索一些关键词,会发现除了产品,还有技术文档,参考设计,论坛资源,博客资源,培训资源,开发者wiki等等……很多信息,甚者有时候还能下载到某个大佬的PPT~当然条件是:要先注册+该资源开放。
======中阶=======
这个阶段,基本操作和一些基础已经建立了,规范就很重要了,菊厂有一份比较权威的设计规范已经被po到网上了。
1. 华为PCB设计规范_图文_百度文库
2. 华为PCB的EMC设计指南_图文_百度文库
3. 华为硬件设计规范_百度文库
这三份资料可谓是很全面也很精彩,其中:
1. 既包含了业界标准的PCB开发流程,又罗列了各种常见的Layout规范,可以作为Check List检视你画的板子。
2.是1的从EMC角度系统性、全方位、无死角展开介绍版,包括布局(层数设计、模块区域布局、滤波设计、地平面设计等),布线(传输线模型、布线层、阻抗控制、过孔、信号质量等)等等很多很多…
啊啊啊啊,个人认为,简直就是葵花宝典,怎么可以这么牛逼。甚至,觉得2其实也可以放到“高阶”大神去细细品味了!
3. 其实这个应该是放在1之前的,或者同时品尝的。内容包括菊厂硬件开发流程,设计规范,当然有很多典型设计案例。如果你不关心它庞杂的流程,直接跳到感兴趣的部分即可~
=======高阶=======
请教了下一位SI/PI/EMC的同事,这块感觉真挺难。因为电场、磁场这东西是强合、非线性、看不见/摸不清的,首先必须要把理论搞清楚,才能仿真分析,然后才能给出PCB设计的建议。

王栋春 2020-12-4 22:16:36
不错  了解一下
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赵柏源 2020-12-5 11:29:33
谢谢,也分享了3分资料,要认真学习各种知识呀!!百度搜起
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成秋华 2020-12-5 11:32:15
不错,不错,学习了
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刘优红 2020-12-9 10:23:22
分析的很仔细了,选对设计工具也很重要
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古珍有 2020-12-12 11:43:27
精彩精彩精彩精彩
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高云寿 2021-1-2 17:55:45
感谢分享,正好想了解一下这方面的内容
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