如果你想自己設計 PCB電路板,那麼這些條件你一定要具備
分享給需要的朋友一點個人經驗吧
(本人大約有五年的電子設計經驗,從小白開始自學,畫過自己也數不清多少電路板,結尾新增乾貨哦)個人認為首先需要明確兩件事:
1、設計PCB不是目的,而是工具或手段;
2、設計PCB入門最好的方式就是動手完成一個屬於你自己的板子,然後記得絲印寫上Designed By XXX,成就感爆棚!
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關於第一條,這麼說是因為,當你想做一個有XX功能的高端玩具:一個遙控的行駛的小車/可以產生正弦波的「信號發生器」/能把12V直流電轉換為5V直流電的「變換器」/可以識別不同方向聲源發出的位置的定位裝置,PCB設計都是必不可少的。但是,千萬別以為,會設計PCB就完事了,還有很多很多任務,才算完事:理論框架分析——>硬體系統設計、器件選型、原理圖設計、PCB設計、打烊、硬體調試——>機械結構選型、設計——>軟體代碼設計、調試——>才能完工。
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那麼,設計PCB到底需要學哪些科目?
這個問題其實很複雜,具體來說看你要做什麼,畫不同產品/應用場合的電路板,要求都不一樣。
當然,如果你的PCB就是一個51單片機的最小系統,那麼,除了注意下唯一的高頻器件晶振靠近點時鐘引腳,其他地方連對線,基本上就算能用的板子了。
但是,有兩個方向是對PCB設計要求高的方向:一個是功率很大的PCB,如電力電子領域;一個是速度很高的PCB,如信號尤其射頻領域。這兩個領域,除了連對線,還有很多高級技巧了:如線逕取多大(通流能力夠不夠?),怎麼走線(90度還是45度),線與線的關係(寄生電感,寄生電容多大),線與線的距離(耐壓夠不夠?),產生的磁場/電場的相互影響情況等),器件怎麼布局,供電系統怎麼分配……真的好多!
不過剛開始,你可以不必關心這些,但是如果你想潛心修煉這方面的技能,多少知道點還是有必要的!
簡單梳理一下:
1、初階技能:工具+查資料+基本知識
工具學習是一定要掌握的,不然沒法開始幹活的,Altium designer挺好用,推薦使用,容易破解。
有了這個軟體,結合查資料(如datasheet)你就可以從認識,到熟悉你需要的每個器件,你可以製作自己的元件庫,你也可以通過這個過程慢慢熟悉常用器件(模擬,數字,接插件等等)。
當然,你會慢慢需要知道,一個運放該怎麼用,電阻怎麼算,怎麼取,這是模擬電路的知識……或者你想做一個Buck電路,那麼需要電路知識……這是系統性的電子設計知識……可以從《模擬電路設計》《數字電路設計》《電路》《電力電子技術》等等書中找到知識的原型,但我仍然建議你,通過實踐活學活用~
2、中階技能:常規設計規範
當你設計了十塊板子了,你還總是隨心所欲的畫板子,那就沒什麼意思了。你需要知道一些設計規範了。
例如,模擬地與數字地需要隔離、電源主功率環路最小原則、差分信號線徑一致性原則、電源濾波電容要離Vin引腳最近等等。
另外,怎麼布局比較科學,比較美觀,比較省地方,也該是你慢慢需要思考的問題。
3、高階技能:SI/PI/EMC……高手
當我畫的板子數量我自己都數不清的時候,數量就不再重要了,質量是否上成很重要。
比如,我可能設計某個220V轉-48V的板子,都設計好多年了,那麼布局布線可能已經深深的刻在自己的腦子裡了,這時,就某一條sense線到底怎麼走的問題,可能我要花好長時間分析,因為這涉及到穩壓精度。還比如,一條drive線怎麼走,也可能要仔細研究,因為這涉及到電源的EMC能不能過。
而高手,互聯設計專家,EMC專家、SI/PI專家,就是這麼日積月累磨出來的。
所以,學啥都可以,只要你學的夠精就行。
———————但願有您想要的干貨————————————————————————
其實PCB設計這一塊,本人也是處於中階水平(畫過不少板子,但也不專業)。為了讓你們有儘可能多的收穫,結合自己積攢的一些資料,就再分享一下哈~
按上文的順序來說吧~
======初階======
對於初階的朋友,其實我不想分享任何一本書,因為這個階段屬於你對「PCB設計」這一技能的認知、相關知識體系建立的階段,是不需要看任何高深莫測的理論或者規範的,只需要你知道有這個/那個,這個/那個怎麼用,然後完成幾個簡單系統的設計就可以。
工具使用方面:以altium designer為例,可以參考軟體自己的資料,在工具欄->Help部分,也可以邊用邊搜,除了一些生僻高級用法,一般基本可以一路從頭Baidu到尾。
器件手冊方面:可以從這裡或者器件官方網站找。Datasheet search site for Electronic Components and Semiconductors and other semiconductors.
Tips:比如TI官網模擬,半導體,數位訊號處理 -德州儀器,我們剛開始只習慣搜某個器件的datasheet,其實你試試搜索一些關鍵詞,會發現除了產品,還有技術文檔,參考設計,論壇資源,博客資源,培訓資源,開發者wiki等等……很多信息,甚者有時候還能下載到某個大佬的PPT~當然條件是:要先注冊+該資源開放。
======中階=======
這個階段,基本操作和一些基礎已經建立了,規範就很重要了,菊廠有一份比較權威的設計規範已經被po到網上了。
1. 華為PCB設計規范_圖文_百度文庫
2. 華為PCB的EMC設計指南_圖文_百度文庫
3. 華為硬體設計規范_百度文庫
這三份資料可謂是很全面也很精彩,其中:
1.既包含了業界標準的PCB開發流程,又羅列了各種常見的Layout規範,可以作為Check List檢視你畫的板子。
2.是1的從EMC角度系統性、全方位、無死角展開介紹版,包括布局(層數設計、模塊區域布局、濾波設計、地平面設計等),布線(傳輸線模型、布線層、阻抗控制、過孔、信號質量等)等等很多很多…
個人認為,簡直就是葵花寶典,怎麼可以這麼牛逼。甚至,覺得2其實也可以放到「高階」大神去細細品味了!
3.其實這個應該是放在1之前的,或者同時品嘗的。內容包括菊廠硬體開發流程,設計規範,當然有很多典型設計案例。如果你不關心它龐雜的流程,直接跳到感興趣的部分即可~
=======高階=======
請教了下一位SI/PI/EMC的同事,這塊感覺真挺難。因為電場、磁場這東西是強耦合、非線性、看不見/摸不清的,首先必須要把理論搞清楚,才能仿真分析,然後才能給出PCB設計的建議。
上同事推薦的幾本書(也是推薦給自己的):
PCB設計實踐方面:
1. 《高速電路設計實踐》王劍宇【摘要書評試讀】圖書
2.《國外電子與通信教材系列:信號完整性與電源完整性分析(第二版)》伯格丁 (Eric Bogatin),李玉山,劉洋,等【摘要書評試讀】圖書
理論基礎方面:
3. 《圖解直觀數學譯叢:麥克斯韋方程直觀(翻譯版)》丹尼爾·弗雷希 (Daniel Fleisch),唐璐,劉波峰【摘要書評試讀】圖書
4. 《費恩曼物理學講義(第1卷)(新千年版)》理查德•費恩曼 (R.P.Feynman),萊頓 (R.B.Leighton),桑茲 (M.Sands),鄭永令,華宏鳴,吳子儀,等【摘要書評試讀】圖書
5. 《國外電子與通信教材系列:微波工程(第3版)》波扎 (David M.Pozar),張肇儀,周樂柱,吳德明,等【摘要書評試讀】圖書
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另外,國內有一個SI方面比較有名的人,他的書及網站,感興趣了解下。《信號完整性揭秘:於博士SI設計手記》於爭【摘要書評試讀】圖書以及信號完整性設計_於博士信號完整性。