PCB学习进阶

luoyetianya · 发表于 2022-8-9 14:29:15

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作者：知乎用户
链接：https://www.zhihu.com/question/29775712/answer/380879882
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

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、磁场这东西是强耦合、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。上同事推荐的几本书（也是推荐给自己的）：
PCB设计实践方面：1. 《高速电路设计实践》王剑宇【摘要书评试读】图书
2.《国外电子与通信教材系列:信号完整性与电源完整性分析(第二版)》伯格丁 (Eric Bogatin), 李玉山, 刘洋, 等【摘要书评试读】图书理论基础方面：
3. 《图解直观数学译丛:麦克斯韦方程直观(翻译版)》丹尼尔·弗雷希 (Daniel Fleisch), 唐璐, 刘波峰【摘要书评试读】图书4. 《费恩曼物理学讲义(第1卷)(新千年版)》理查德•费恩曼 (R.P.Feynman), 莱顿 (R.B.Leighton), 桑兹 (M.Sands), 郑永令, 华宏鸣, 吴子仪, 等【摘要书评试读】图书
5. 《国外电子与通信教材系列:微波工程(第3版)》波扎 (David M.Pozar), 张肇仪, 周乐柱, 吴德明, 等【摘要书评试读】图书另外，国内有一个SI方面比较有名的人，他的书及网站，感兴趣了解下。《信号完整性揭秘:于博士SI设计手记》于争【摘要书评试读】图书以及信号完整性设计_于博士信号完整性。