PCB设计基础
了解PCB的基本概念、层叠结构、设计流程，为PCB设计打下坚实基础。
什么是PCB
PCB的定义
印制电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）是电子工业的重要基础部件。它以绝缘基材为载体，采用印制技术将导电图形印制在基材上，用于支撑和互连电子元器件。
PCB从单面板发展到双面板、多层板，不断满足电子产品小型化、高密度、高可靠性的要求。
PCB层叠结构
层叠结构的重要性
层叠结构是PCB设计的核心，它决定了板材的厚度、阻抗特性、信号完整性、EMI/EMC性能以及制造成本。合理的层叠结构设计是高速PCB设计的基础。
常见层叠结构类型
- 单面板：只有一面有导电图形的PCB，成本最低，用于简单电子产品
- 双面板：两面都有导电图形，通过金属化孔连接，用于一般电子产品
- 多层板：4层及以上，用于复杂电子产品，需要严格的层叠设计
四层板层叠结构
四层板是最常用的多层板结构，以下是常见的层叠方案：
| 层序 | 名称 | 作用 | 常见铜厚 |
|---|---|---|---|
| L1 | 信号层 | 表层走线 | 1oz |
| L2 | 地平面 | 完整地平面 | 1oz |
| L3 | 电源平面 | 电源分配 | 1oz |
| L4 | 信号层 | 底层走线 | 1oz |
设计建议
对于四层板，推荐采用TOP-GND-PWR-BOT的层叠顺序，这种结构可以提供良好的信号完整性，同时便于电源分配。
六层板层叠结构
六层板提供更多的布线空间和更好的EMI抑制能力：
| 层序 | 名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| L1 | Signal | 信号层 | 高速信号 |
| L2 | Ground | 平面层 | 完整地 |
| L3 | Signal | 信号层 | 中等速度信号 |
| L4 | Signal | 信号层 | 中等速度信号 |
| L5 | Power | 平面层 | 电源平面 |
| L6 | Signal | 信号层 | 低速信号 |
PCB设计流程
设计流程概述
PCB设计是一个系统化的工程过程，需要遵循严谨的流程以确保产品质量。以下是典型的PCB设计流程：
- 需求分析：明确PCB的电气性能、机械尺寸、环境要求等
- 方案设计：确定层数、板尺寸、层叠结构、主要器件选型
- 原理图设计：绘制完整的原理图，进行电气规则检查
- 封装库准备：创建或确认所有元件的封装
- 布局设计：元件摆放，考虑各种设计因素
- 布线设计：完成所有信号的连接
- 设计验证：DRC、DFM、仿真等
- 输出生成：生成制造文件
PCB板材基础
FR-4材料
FR-4是PCB最常用的基材，具有良好的电气性能、机械强度和成本优势。它是由环氧树脂和玻璃纤维布层压而成的复合材料。
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| Tg (玻璃化转变温度) | 130-140°C | 普通FR-4 |
| Tg | 150-170°C | 中TG FR-4 |
| Tg | >170°C | 高TG FR-4 |
| 介电常数 (Dk) | 4.2-4.5 | @1MHz |
| 介质损耗 (Df) | 0.02 | @1MHz |
常用术语
基本术语
| 术语 | 英文 | 解释 |
|---|---|---|
| 焊盘 | Pad | 用于焊接元件引脚的铜箔区域 |
| 过孔 | Via | 连接不同层铜线的金属化孔 |
| 走线 | Trace | 铜箔上的导电线路 |
| 铺铜 | Copper Pour | 大面积铜箔区域 |
| 阻焊 | Solder Mask | 覆盖铜线的保护涂层 |
| 丝印 | Silkscreen | 元件标识和符号 |
| 金手指 | Edge Connector | PCB边缘的镀金接触点 |