电子电路设计基本概念100问（一）【学习目标：原理图、PCB、阻抗设计、电子设计基本原则、基本原器件等】

笔者电子信息专业硕士毕业，获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖，现就职于南京某半导体芯片公司，从事硬件研发，电路设计研究。对于学电子的小伙伴，深知入门的不易，特开次博客交流分享经验，共同互勉！全套资料领取扫描文末二维码！

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学习目标：

• 掌握原理图设计中的基本概念。

• 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器件的功能。

1.1 什么叫原理图？它的作用是什么？

答：原理图（Schematic Diagram），顾名思义就是表示电路板上各元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。由原理图延伸下去会涉及PCB layout，也就是PCB布线。

当然，这种布线是基于原理图做成的，通过对原理图的分析以及电路板其他条件的限制，设计者得以确定元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与其他电阻、电容的连接关系，以及元器件本身的一些参数。

 图1-1 原理图释义框图

1.2 什么叫PCB版图？它的作用是什么？

答：PCB版图，就是根据原理图画成的实际元器件摆放和连线图，以便供制作实际电路板使用。在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，安装元器件，才可以得到实际的电路板，也就是通常所说的PCB。通过图1-1绘制好的原理图，导入到PCB版图中，绘制出图1-2所示的PCB版图。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 什么叫原理图符号？它的作用是什么？

答：所谓的原理图符号，就是在绘制原理图时，需要用一些符号来代替实际的元器件，这样的符号就称为原理图符号，也称为原理图库。它的作用就是来代替实际的元器件。在做原理图符号的时候，不用去管这个元器件具体是什么样子，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所示为TF卡座的原理图符号。

 图1-3 TF卡座的原理图符号

1.4 什么叫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版图时调用。进行PCB封装绘制时，必须保证与实物是一致的。

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，不同的元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、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管脚标识、安装标识、占地面积、元器件高度等。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）、丝印线、装配线、位号字符、1管脚标识、安装标识、占地面积、元器件最大高度、极性标识（只针对极性元器件）、原点等。如图1-7所示为QFN48的封装。

 图1-7 QFN48的封装

1.6 常见的PCB封装类型有哪些？

答：常见的PCB封装有如下几种。

结构方面。TO→DIP→PLCC→QFP→BGA→CSP。
材料方面。金属、陶瓷→陶瓷、塑料→塑料。
引脚形状。长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点。
装配方式。通孔插装→表面组装→直接安装。

1.7 原理图中的元器件与PCB版图中的元器件是怎么关联的？

答：原理图绘制完成以后，需要将原理图的元器件与PCB版图中的元器件关联起来，这样就需要指定PCB封装。双击原理图（OrCAD图纸）的每一个元器件，可以看到每个元器件的属性，其中有一栏是PCB Footprint，在这一栏指定封装名称，然后制作该元器件的封装，名称保持跟原理图中定义的一致。这样，原理图中的元器件就与PCB版图中的元器件关联起来了。如图1-15所示，在原理图中指定R1的PCB Footprint是R0402，导入到PCB版图中以后，相对应的元器件就是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，将所有元器件导入PCB中→核对产品结构图纸，定位好结构元器件→PCB版图布局→布局优化以及布线规划→层叠设计以及整个PCB版图的设计规则添加→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。

1.9 什么叫金属化孔？

答：金属化孔（Plated Through Hole，PTH），又称沉铜、孔化、镀通孔，是指孔金属化这一工艺，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。金属化孔的要求非常严格，要求有良好的机械韧性和导电性，金属化铜层均匀完整，厚度为5～10 μm，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。焊盘编辑器中金属化孔如图1-16所示。

图1-16 焊盘编辑器中金属化孔 

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，NPTH）就是仅在印制电路板上单纯钻一个孔，用作机械定位。这个孔与金属化孔一样，也可以有钻孔与焊盘，只是过孔的内壁是没有铜的，所有叫作非金属化孔。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。焊盘编辑器中非金属化孔如图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

电子电路设计基本概念100问第11-20问（二）见下一篇博文

【学习目标：原理图、PCB、阻抗设计、电子设计基本原则、基本原器件等】见下一篇博文

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