如何用AD绘制一块还算优美的PCB板

Posted 2022-10-29 PrayerVV

文章目录

• 前言
• 一、Well begun is half done
• 二、更好的布局
• 三、更好的布线
• 收尾

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前言

本文至少适用于控制组的同学，电路板上电压电流均无突变，模拟信号与数字信号间的隔离要求不严格。默认已经绘制好了电路的原理图，主要从PCB的准备事项、布局、布线三方面讲述讲述。

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一、Well begun is half done

这一部分我们重点讲述画PCB时的两点重要准备工作。

1. 首先是我们需要进行电气规则的设置，但这些规则我们只需要设置一次即可，之后每次画板子前都是将之前的整个工程（包括prjpcb、pcbdoc、schdoc）复制一份，然后将其内容全部删除，文件重新命名为本次工程的名字即可将规则全部移植到新工程中来。想看我的规则可以从我的资源中下载农业装备竞赛那块板子，我一般都是用的那个规则，暂时还没出过问题。
2. 按Ctrl+G将步长均设置为6mil，背景为线条。如下图所示：

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二、更好的布局

对于一个稍微有一点经验的工程师来说，大家都知道绘制一块PCB时布局是非常非常非常重要的，在思考布局的时侯要提前想好你的线将准备怎么走，是否会互相发生冲突，是否会让你的走线变得非常的极限，这些事情都是在我们布局的时候脑海中已经有了一个大概的构想，而不是在布线的时候发现诶这边怎么不够走了往那边移移挤挤，这很有可能会破坏你先前规划好的整块板子的平衡。当我们完成布局的时候脑海中也将所有的线布完了，之后的布线不过是时间问题。
在对某一特定外设布局的时候我们通常是将此外设用鼠标托起，看他与芯片上的哪些引脚相连，将此外设尽可能的靠近所有的引脚，如果引脚分布在芯片的四周的话就涉及到更深一层的动态规划，仔细想哪边的走线空间是比较大的，而哪边的走线空间已经非常狭窄了，据此通常放置在走线空间已经十分受限的区域，因为放置到更远的地方的话线需要从那狭窄的地方绕过来会更加的不方便与危险。有可能的情况下最好是将原理图进行适当的修改，让一个外设的引脚尽可能的分布在芯片的一边，分布在芯片四周的情况要极力避免，将大大增加走线的复杂程度。通常我们是不考虑外设上的电源引脚和GND引脚的，因为在控制板上电源是直流的我们可以从很远的地方引过来没什么大的问题，而GND更是会整体铺铜。在此不考虑模拟信号与数字信号间的异地共地，也不考虑电源题中的地隔离。
晶振尽可能靠近芯片，因为晶振是一块芯片的心脏起搏器，它的位置优先级应该是最高的，放置较远可能会导致时钟频率不准，这对一个单片机来说是致命的，如果有可能的话尽可能将其两根引脚对称放置，因此在资源够用的情况下最好不用晶振附近的几根引脚，否则走线会有一定的困难，如下图所示：

滤波电容尽可能靠近需要滤波的外设，我们为什么要对每一个用电器都设置一个滤波电容，主控板上明明接的是直流电源又哪里需要滤除交流分量呢，不知道大家有没有想过。我在此列举一张情况，当我们使用单片机时需要频繁的对一个引脚进行导通与关断的控制是很正常的，这样就会产生一系列的方波信号，这是有可能会对我们的电源产生纹波的，因此我们在靠近用电器的一侧增加滤波电容来抑制电压的突变。

接口、排针、按键、LED等放置在板子边缘。

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三、更好的布线

因为在布局时我们脑海中已经将整块板子的线走了一遍，所有到这一部分时大多数时候应该是得心应手的，但有一些细节我们仍然需要注意。
1.对于新手来说，我强烈建议大家按照红横蓝竖进行走线，并且我们在准备工作做的第二点也将派上用场，将每根线都走在线条上，过孔打在线条的顶点上，这么走线不仅仅是为了美观，同时也保证了每两条线之间的安全距离。如下图所示：

2.我们需要根据这一条线电压电流的大小来确定此处的线宽。但因为是控制板，上面走的一般都是mA级别的小电流控制信号，我们只需大概注意即可。
于我个人而言信号线一般是10mil（至少为6mil，但我还是习惯走10mil的线，其实6mil对于信号线来说是足够安全的，只是担心厂家的工艺不够好，切记不要小于6mil的线，工艺很有可能做不到），3.3V至少为20mil，5V为50mil，12V时至少50mil（这里说的都是主流，连接至末端用电器时电线可以变窄）。
在此附上一张在网上找到的线宽与电流对应的表如下图所示。在上电力电子技术课程的时候，老师也跟我们说过在考虑安全性的时候，一般认为2.5mm/A。

3. 我们需要确定每一条电源线的主流。这有点类似于河流的概念，也是我从大自然中得到的启发。以下图3.3V电源为例：

当电源在电路板中传输的时候是以较粗的线条，而连接至末端用电器的时候则可以用较细的线条。但必须注意的一点是所有末流的电源都从主流上接过去，而不要出现一根10mil的电源线既给芯片供电又给陀螺仪供电又要给什么摄像头供电。你杠我我就这么走能用吗，我只能说也许能用，但为什么不在一开始就把线走的更好更安全呢。（你杠就你赢）
4.尽可能地合理布线减少过孔，不太好描述，大家对比下面两种走线的区别吧。
合理布线前：

合理布线后：

尽量将一根线上的过孔数量限制在3个以内，在满足美观地前提下能少则少。

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收尾

1. 一定要记得电气规则检查：TDR，实验室有的同学真的是野路子来的，板子画完从来不进行规则检查，用眼睛扫一遍，等板子发回来调的时候又发现这有一根线没连上，那有一根，我真的笑死了。
2. 发板子前记得标好丝印，铺好铜，平时可能不以为意，但真当到了要比赛的时候真的没时间给你们犯错，平时就谨慎一些不会错的。

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最后推荐实验室的新手学习的顺序：①首先观看金沙滩的视频并依葫芦画瓢画一块51的最小系统板；②在我的资源中下载农装竞赛那块板子临摹绘制，感受一下红横蓝竖的好处；③在我的资源中下载生医竞赛那块板子，临摹感受当空间有限无法遵守红横蓝竖时怎么将线走的又美又安全；④在我的资源中下载2019年国赛的主控板，临摹感受一下空间又小线又多的时候怎么走线。后三块PCB分别展示如下：