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嵌入式系统轻松入门 (2)- 关于PCB的一些基本概念

发布时间:2022-03-18作者来源:萨科微浏览:834

本周开始了嵌入式系统入门课程的[敏感词]部分 - PCB设计。我们这个课程的目标设定为:

  • 掌握一项PCB设计的技能

  • 掌握一门未来有用的编程语言

  • 深刻理解“嵌入式系统”的构成和核心要点

  • 培养迅速使用新产品、解决未知问题的方法

  • 培养举一反三、触类旁通的能力


从系统层面理解嵌入式系统的硬件、软件构成。硬件构成需要通过自己动手设计PCB开始。多数的嵌入式系统入门者还没有硬件设计的经验,因此在开始正式的PCB设计之前,需要具备一些对PCB的基本认识。


PCB的作用就是将电路设计中的各个器件放置在一块板上,并能够讲这些器件进行正确的电气连接。

很多同学见过PCB,因为任何一个电子产品中都会有PCB,但PCB上都有哪些基本的元素?下面这张图给出了一个简单的汇总

我们用的很多器件,同一个型号有不同的封装,根据自己的需要选用合适的

表面贴装SMD的器件被大量采用,因为其体积小巧、便宜、电路板加工/生产比较容易,板密度可以更高、速度更快:

元器件和PCB板的连接都是通过焊盘 - PAD来实现的,你可以把PAD想象成我们的脚趾头触地的接触点,所谓PCB的封装Footprint可以看成是我们踩在地上的脚印。

由于元器件有通孔封装,也有SMD封装,因此PAD的形状也就有很多种。


在PCB上管脚之间的电气连接在PCB设计工具中被称为Trace或Track,相当于我们生活中的小路,对应于原理图上的一根根连线。


就像我们在地图上看到的路径,原理图上的连线都是理想化的,没有距离、没有粗细、没有阻抗,连线之间没有互相影响的关系,但在实际的PCB上这些“小路”的长度、粗细会对信号的传输产生影响的,线和线之间也会产生相互的影响。理想和现实之间的差距可以用电磁场理论来解释。


我们经常提到的单面板、单层板、双面板、双层板、4层板什么意思?在PCB的设计工具中“层”的概念是不同的。

我们生活中会用到楼梯连接不同的层,会通过过街天桥、地下通道从马路一侧到另外一侧,在PCB的走线过程中我们也会用到过孔Via来进行跨层走线。为什么在高速的信号传输过程中尽可能少用Via?大家熟知的结论 - 不要直角走线,难道过孔不是直角走线?是不是也不能使用过孔了?

丝印就像我们生活中的门牌号、路标一样,在PCB上也起着指示的作用,必要而不能杂乱,如何摆放,也能反映出一个工程师的设计经验和审美:

我们经常看到不同颜色的板子,差别在哪里?实际上是一层用于Mask的阻焊油漆,不仅是让你的板子好看的,更重要的就像我们戴的口罩给我们的PCB上的焊盘、连线以保护。

我习惯于在每个PCB的四角都放上直径3mm的安装孔,为什么?它不仅被用来固定、安装板子,还能够帮助我们调试的时候与杂乱的桌面保持一定的距离,防止被桌上的导线短路,而且方便对底层的信号进行测量。








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