嵌入式技术之原理图与PCB制作

电路连接技术的发展历程

从电路图到电路实物

在前面的课程中，我们一起探索了电路的奥秘，并学习了如何解读电路图。你们现在看到的是一个简单的电路设计，它展示了一个LED通过电池供电亮起来的基本原理。这张图已经很好地概述了组成电路的元件和它们的连接方式。虽然这个电路图为我们提供了理论基础，但它依然只是平面的图纸。那么，接下来的问题是：我们怎样才能将这个平面图转化成一个立体的、真正能够发光的LED电路实物呢？

电子元器件是标准化的用电器

工业化推动了生产过程的模块化和标准化。通过将电路分解为标准化的电子元件，可以大规模生产这些组件,降低成本并提高生产效率。这种方法还允许不同的制造商生产兼容的组件，促进了电子行业的发展。
因为用电器被标准化为电子元器件。因此，电子工程师只需要在设计好电路后去选购合适的电子元件然后把它们连接起来就可以了。

电路连接问题

首先我们可以去某宝买到需要的导线和电子元件。

然后我们可以尝试将电子元件用导线连接起来。但是，我们怎样才能让导线和电子元件牢固地连接起来呢？

导线、螺丝和螺母——最早的电路连接技术

方法介绍

下面的图片展示了一台1920年代收音机的内部构造。通过拆解，我们能够看到其内部电路依赖大量铜片、端子以及螺丝和螺母进行物理连接，这些元件共同构成了当时先进的通信技术。

为了重现上述的电路连接方法，我们可以先采购如图所示的端子。

有了这样的准备，我们就可以利用螺丝和螺母将导线与电器设备进行稳固连接了。
实际上，如果你曾经拆开过家中的电源开关，你可能已经注意到了灯线与开关间采用了这种相似的连接技术。

不足之处

尽管使用端子和螺丝螺母为电子元件的连接提供了一个基本方法，但这种方式存在一些局限性。
（1）首先，这种连接的电气和机械可靠性通常不够高，容易受到振动和温度变化的影响。
（2）其次，由于需要适应端子和固定件，设备的整体尺寸往往较大，这限制了对小型化的追求。
（3）最后，这种手动连接方法使得生产过程难以实现自动化，提高了生产成本并降低了效率。

锡焊技术与点对点构造

什么是锡焊技术

锡焊技术是一种将两个金属部件连接在一起的方法。通过加热和熔化焊料（通常是锡和铅的合金），然后将其引入金属部件之间的结合处。当焊料冷却和凝固后，它会形成一个坚固的电气和机械连接。

锡焊广泛应用于电子制造和修理领域，用于制作和维护电路板、连接电线和组件等。

点对点构造（Point-to-point construction）

在锡焊普及的影响下，点对点构造的电子设备开始普及。点对点构造是指产品内部的电子元件或导线直接焊接在一起，从而形成电路的路径。

电路板雏形

后来，随着技术发展，人们意识到不仅可以在板子上放置元件，还可以在板子上用铜来铺设导线。因此就有了下面这种电路板。下面是一个点对点和电路板的混合电路，但随着电路板的引入，我们可以观察到电路已经变得十分整洁了。

PCB 概述

什么是PCB

PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

什么是PCBA

将电子元件安装到PCB(printed circuit board assembly)上的这个过程我们称为PCBA(印刷电路板组装）。元件和电路板之间一般是使用锡焊进行连接。

PCB的优点

1）可高密度化
多年来，印制板的高密度一直能够随着集成电路集成度的提高和安装技术的进步而相应发展。

2）高可靠性
通过一系列检查、测试和老化试验等技术手段，可以保证PCB长期（使用期一般为20年）而可靠地工作。
3）可设计性
对PCB的各种性能（电气、物理、化学、机械等）的要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现。这样设计时间短、效率高。

4）可生产性
PCB采用现代化管理，可实现标准化、规模（量）化、自动化生产，从而保证产品质量的一致性。

5）可测试性
建立了比较完整的测试方法、测试标准，可以通过各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品的合格性和使用寿命。

6）可组装性
PCB产品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化、规模化的批量生产。另外，将PCB与其他各种元件进行整体组装，还可形成更大的部件、系统，直至整机。

7）可维护性
由于PCB产品与各种元件整体组装的部件是以标准化设计与规模化生产的，因而，这些部件也是标准化的。所以，一旦系统发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢复系统的工作。
PCB还有其他的一些优点，如使系统小型化、轻量化，信号传输高速化等。

现代PCB的结构

单面PCB板构造

现代PCB板都是多层的，一般包含如下几层。

绝缘基材：绝缘材料，用于承载线路与机械支撑，一般由酚醛纸基、环氧纸基或环氧玻璃布制成。
铜箔层：铜箔层为PCB的主体，它由裸露的焊盘和被阻焊层（通常是绿油）覆盖的铜箔线路所组成，焊盘用以焊接电子器件。
阻焊层：用以保护铜箔层线路，由耐超高温的阻焊剂制成，使其绝缘。
丝印层：印刷在阻焊层上，用以标注电子器件的编号和符号。

双面PCB板构造

双面PCB板可以理解为两片单面PCB板“背靠背”，共用绝缘基材层组成的板子。

电路板是有正反之分（人为规定）的，正面的铜箔层被称为顶层，反面或者背面的铜箔层被称为底层。

双面以上PCB板构造

这类PCB板实际上是在双面板的基础上，在顶层和底层之间插入了更多的铜箔层，铜箔层之间用绝缘基材层隔开。通常，顶层和底层被称为外部层，其余的铜箔层均为内部层。

PCB的加工工艺

原料——覆铜板

PCB通常是由覆铜板加工而来。覆铜板也称为铜箔层压板，它是一种由一层或多层铜皮，粘着一块绝缘基材所组成的板子。这种绝缘材料通常以玻璃纤维居多。

PCB设计

在生产前，工程师需要在EDA（Electronic Design Automation 电子设计自动化）软件上设计出整个电路板的布线。这个布线也就是我们后续的“施工图”

钻孔

根据工程师的PCB设计图纸，我们需要先在覆铜板上留下必要的过孔。

显影

在此步骤中，我们将按照先前设计的PCB线路图，将一种防腐材料精确地印刷在覆铜板上。

蚀刻

接下来的步骤涉及将覆铜板浸入特定化学溶剂中，这样未被抗腐蚀材料保护的铜便会被溶解去除。通过这一过程，我们能够精确地留下设计图案中预期的PCB导电铜路径。

阻焊涂层

板子上的铜线如果长时间地裸露在空气中，这些铜线就会老化。并且铜线暴露在空气里也有短路的风险。因此，我们会在电路板上加一层绝缘涂层（这个涂层我们称为阻焊层）
根据不同的材料，这个涂层可能是绿的、黑的、蓝的、紫的。对应的材料也被称为绿油、黑油、蓝油等。不同的颜色并不会存在性能差异。

保留焊盘

如果整个铜板被防焊绿油所覆盖，那么电子元件将无法通过焊接与其固定连接。因此，对于预定于安装电子元件的位置，我们必须移除相应区域的绿油，以便重新暴露出铜面，从而便于我们通过焊接来安装电子元件。

印制丝印

最终，为了简化焊接和后续维修工作，我们将在电路板上添加一系列标识符号，这一过程称为丝网印刷（丝印）。这些标记有助于识别各种电子元件的放置位置和方向，从而确保焊接过程的准确性和便捷性。

可选工艺（焊盘和接口处理等）

由于铜材料暴露在空气中容易发生氧化，导致其表面性能下降，因此对于那些可能长时间暴露于空气中的焊盘，通常会进行抗氧化的二次处理。例如，我们的51拓展板上的焊盘并非铜本身的黄色，而是呈现一种银白色。这是因为对焊盘进行了镀锡处理，镀锡层能有效防止氧化，因为锡相比铜更不易于氧化。这样的处理不仅保护了铜焊盘，也提高了焊接的可靠性和耐久性。

对于内存条、显卡、网卡等产品，它们的接口经常暴露在空气中，易受氧化影响，影响连接稳定性和信号传输品质。为了提高抗氧化性能和保证更好的电气稳定性，这些产品的接触点通常会进行镀金或沉金处理。这种经过特殊处理的接口被俗称为“金手指”。镀金层不仅能有效防止接触点氧化，还能减少接触电阻，保证信号传输的可靠性。这是为什么在高性能电子设备中，金手指接口非常普遍的原因。

四层板的结构

下方展示的是一块四层电路板，通常电路板的层数以双层递增，如2层、4层、6层等。四层板可以被理解为由两个双层板通过夹持一层绝缘基材而组成。这种结构设计增强了电路板的功能性和物理稳定性，适用于复杂的电子设备中。

孔的分类

随着电路板层数的增加，孔的类型也变得更加多样化。根据孔的穿透策略，我们可以将它们分为以下几类：
（1）通孔（Through Hole）：这种孔类型从PCB的一侧直接穿透至另一侧。
（2）盲孔（Blind Via）：盲孔连接PCB内部层与外部层，但并不贯穿整个PCB板。
（3）盖孔（Buried Via）：盖孔仅存在于PCB的内部层之间，不与PCB表层相连。
这些不同的孔类型为电路板的设计提供了更高的灵活性和更复杂的电气连接可能性，适用于各种不同的应用需求。

PCB设计到打样的一般流程

第一步：选择合适的EDA软件

EDA（Electronic Design Automation）软件，即电子设计自动化软件，是一种用于电子系统设计、仿真、分析、布局、布线、验证和制造准备的计算机程序集合。它包括一系列软件工具，允许工程师和设计师高效地创建复杂的电子系统和电路板，包括集成电路（IC）和印刷电路板（PCB）。
常见的EDA软件有下面几种：
1）Cadence Allegro、Cadence ORCAD
Candence公司出品的两款软件，主要做多层高密度板，主要用于芯片的设计。对于初学者来说，学习难度高，全英文不适合初学者。授权使用费用高，年授权费约30万左右，一般公司都不会用。
2）Mentor Graphics PADS
既可以用于芯片设计也适合做普通的集成电路设计。授权使用费用高，年授权费约10万左右。
3）Altium Designer
企业中应用的EDA软件一般是Altium Designer，但他是收费的软件的，相比于前两款软件，授权使用费相对低，年授权费用约5万左右。
4）嘉立创EDA
国产、开源、免费的EDA设计工具。符合中国人的使用习惯，操作简单。提供了丰富的封装和原理图符号。并且与立创商城打通，可以快速下单、打板。操作思路和方法与以上软件类似。绘制的原理图和PCB可以转换到以上软件中使用。

第二步：原理图设计

原理图是通过图形符号来展示电子电路中各组件及其连接关系的一种图形化表示方法。简而言之，原理图与电路图是同义的，它使得设计师能够通过绘制这些图表来详细规划和设计电路的功能及其相互连接方式。
示例1: 纽扣电池点灯原理图

第三步：PCB设计

PCB设计本质上是基于先前绘制的原理图来创建PCB实体的过程。这一过程涵盖了多个详细设计环节，包括电子元件的选择、PCB板材的形状定制、电子元器件在板上的布局规划、电路的布线设计，以及丝印图案的制作等。
示例1: 纽扣电池点灯PCB设计

第四步：打样

在产品正式推向市场之前，开发团队经常会执行一轮小批量的样品生产，这个步骤被称作打样。此环节的目的不仅在于检验电路板设计的准确性和是否存在设计缺陷，而且关键在于确认样品是否能够达到预定的性能和功能标准。在提供打样服务方面，嘉立创为开发者们带来了极大的方便与支持。

第五步：到手焊接（可选步骤）

在下单过程中，您有选项可以选择购买SMT（表面贴装技术）服务，这意味着嘉立创将为您提供电路板焊接服务，但请注意这将产生额外的费用。另外，您也可以选择分别购买元件和PCB，然后自行进行焊接工作。
示例1：纽扣电池点灯的元件和PCB

第六步：功能验证

在项目的最后阶段，工程师必须验证电路板的正常运作。这涉及到进行一系列的功能测试以确保所有电路都按预期工作。此外，可能还需要选取一组用户进行封闭测试，以收集实际使用中的反馈和性能数据，确保产品达到设计标准并满足用户需求。
示例1：纽扣电池点灯成品

嘉立创EDA的安装和配置

嘉立创EDA账号注册和登录

账号注册

1）网址：https://lceda.cn
2）操作步骤：
（1）点击『注册』

（2）手机号验证码注册
（3）绑定微信
（4）点击『进入系统』
（5）点击『登录』
（6）系统自动检测已有账号，直接点击进入系统
（7）填写个人资料
（8）扫码添加技术支持
注册成功后，点击『去专业版编辑器』

（9）进入EDA主页面

账号登录

下载并安装嘉立创EDA专业版

下载方法

（1）直接在搜索引擎搜索“嘉立创EDA”或者访问网址https://lceda.cn/ 然后点击“立即下载”按钮跳转到下载页面。

（2）请根据您的电脑配置和操作系统选择适合的版本进行下载。如果您的电脑采用的是amd64架构，并且操作系统为Windows，那么您应当下载下图红框标注的版本。

简单了解嘉立创EDA的各个版本

嘉立创EDA主要由标准版和专业版两个版本，每个版本下都有在线版和本地版。

1）标准版和专业版的区别：
标准版提供了更精简的功能和轻便的软件体验，而专业版则提供了更全面和强大的功能。鉴于我们当前的学习需求，建议选择专业版。原因有二：首先，嘉立创EDA易于上手，使用专业版不会遇到太大的困难；其次，专业版是免费的，而且嘉立创的开发团队目前主要集中在专业版的开发上。
2）在线版和本地版的区别：
在线版与本地版的主要区别在于使用方式。在线版允许用户通过浏览器直接访问和使用，但几乎所有操作都需要依赖网络连接，通常不推荐使用在线版。然而，它在团队协作方面提供了极大的便利。相比之下，本地版虽然在团队协作上稍显不便，但它对网络的依赖程度较低，并且能更快捷地操作，同时充分利用电脑的性能。

软件的安装（windows为例）

（1）双击下面已经下载好的安装程序。
（2）点击下一步。
（3）软件默认会安装到C盘，同学可以根据自己的需要修改安装目录。
（4）接着点击下一步
（5）点击安装
（6）冲杯咖啡等待安装完成。
（7）如果勾选了“运行 嘉立创EDA（专业版）”那么在点击“完成”按钮后，就会自动打开软件。

首次打开软件的提示框

当您首次启动嘉立创EDA专业版时，可能会遇到如下所示的提示对话框。初始时，您可以按照图示进行设置尝试。对于“简易库路径”和“工程路径”，建议保留默认设置。目前这些配置项并不关键，您可以在后续的使用过程中随时调整它们。

软件激活

（1）下载激活文件
首次安装，执行上述操作后将会弹窗如下。

（2）复制激活码
执行上一步会跳转至如下网页，点击“一键复制”，复制激活码。

（3）粘贴激活码，完成激活
将激活码粘到客户端的对话框中，点击『激活』即可。

（4）自动重启，激活成功

软件基本功能

基本设置修改

（1）打开设置窗口。

（2）『原理图/符号』『默认网格尺寸』
更改『默认网格尺寸』。

自动保存与自动备份设置

1）在菜单栏中找到【设置】- 【保存】

点击后可以看到如下的窗口，这里推荐将自动保存间隔调整到5分钟，自动备份间隔调整到10分钟。

2）自动保存和自动备份的区别
（1）自动保存：
自动保存是将你未保存的操作自动保存到正在编辑的文件中，开启自动保存可以尽可能保证软件崩溃或电脑断电时丢失最新的操作。
（2）自动备份：
自动备份是指在修改发生一定时间后，创建一个新的副本，开启自动备份后，你可以快捷地将当前的工程恢复到5小时前或者昨天又或者是1周前的现场，可以更好地应对需求的变更。

软件的运行模式与存放路径

软件的运行模式

在软件的右上方有一个齿轮按钮，这个按钮是专门用来设置软件的运行模式的。

点击右上角的设置按钮可以再次看到下图所示的设置页面：

现在我们先介绍三种运行模式的区别：

1）全在线模式：
这个模式下，你创建的所有工程都会保存在嘉立创的云端服务器，你的所有操作也基本都是依赖网络的，这个模式下和浏览器里的在线模式区别不大。它的好处是团队协作比较方便，缺点是太依赖网络，因此不太建议使用此模式。
2）半离线模式：
你创建的工程、元件库等都会保存在本地，操作的响应更加迅速，可以发挥计算机的性能，同时可以使用嘉立创的一些云端资源（尤其是在线元件库），因此是官方和本教程都推荐的模式。
3）全离线模式：
你创建的文件同样全部保存在本地，但是无法使用嘉立创云端的任何资源，EDA中会留存一套离线的元件库，但是并不完备，对于学习者来说，不推荐使用此模式。

库路径和工程路径

（1）库路径是用来存放自定义的电子元件信息的：
嘉立创EDA专业版允许你添加一些嘉立创官方没有的电子元器件，这个时候电子元器件的信息需要存放在你自己创建的元件库中，而自己创建的元件库最终会变成一个文件放在库路径下。
（2）工程路径：
你创建的新的工程（包含原理图绘制和PCB设计）会存放在xxxx/projects路径下，另一个xxxx/example-projects路径，里面存放的是嘉立创官方提供的一些示例
（3）只有半离线和全离线模式才需要设置路径
全在线模式下没有库路径和工程路径这两个选项，因为这个时候所有文件都保存在嘉立创的云端服务器上。

PCB设计快速入门

PCB设计流程

1）准备：根据需求进行元器件选型（核心元器件）
2）元件库建立：元器件符号、元器件封装
3）绘制原理图：根据电路功能，将元器件符号进行连接
4）生成PCB文件：
5）元器件布局：将元器件合理的在板中摆放
6）布线：将元器件用导线连接
7）验证：目测自检、软件DRC检查，检查连接是否有问题
8）调整丝印、位号
9）生产资料导出：将PCB工厂需要的资料导出
10）下单生产：将生产资料发给PCB板厂去加工
11）焊接调试：装配元器件并焊接、调试
12）测试验证版：
13）量产：

绘制单位

 密尔（mil），是英美的长度单位。
1mil = 1/1000英寸(inch)
1英寸(inch) = 2.54厘米(cm)
1mil = 0.00254厘米(cm) = 0.0254毫米(mm)
1毫米(mm) = 39.37密尔（mil）

创建项目

网址：https://lceda.cn/
（1）创建工程的两种方式
 个人工作区鼠标右键新建工程。
 快捷开始点击『新建工程』。

（2）添加新建工程的信息
工程名为了方便管理采用如下格式：工程名-版本号-创建日期。

（3）选择网络名设置

（4）工程目录结构

创建项目后，在软件的左侧可以看到如下图所示的项目目录。

按键点灯-v1.0.0-230528，这个是整个项目的顶级目录，所有的板子都只能作为它的子目录。

Board1（板子），这个是项目中的板子，一上来只会有一块板子，也就是现在的Board1。不过很多电子产品中并不会只有一块电路板。

Schematic1（原理图文件），这个对应着当前电路板的原理图，一个板子只能有一个原理图。原理图其实就是我们之前所学的电路图，不过一个电路板上的电子元件可能很多，最终一张纸画不下，所以需要分页，因此1.P1就是我们原理图的第一页。

PCB1（PCB设计文件），PCB1这个对应的是当前电路板的PCB设计图， 一块板子只能有一个PCB设计图。同时因为原理图也只能有一个，所以它们是一一对应的关系。

原理图绘制——按键点灯为例

最终原理图

了解原理图的基本界面和操作

原理图工作区

双击原理图的P1图页，即可打开原理图的编辑页面。

红色的边框对应着我们现实中的纸张，原则上，原理图所有的绘制都必须在红色的边框内。
在右侧的属性栏，我们可以看到当前图页的基本信息。

其中图纸的尺寸A4对应的就是我们红色外边框的大小。

默认A4就行了，如有修改的必要，可以点击A4，打开下拉栏，自行勾选纸张大小。

修改原理图信息

软件右侧的【属性】-【图纸属性】可以修改我们当前原理图的作者信息：

一般需要修改的是下面的信息：
（1）公司：自己所在的公司。
（2）绘制：绘制这个原理图的人。
（3）审阅：检查这个原理图的人。
版本：随着项目的推进，自行调整。

搜索元器件

立创商城是嘉立创旗下的一个业务平台，专门提供电子元器件的购买服务。客户可以在此平台上轻松挑选所需的电子元件，以构建和实现自己的电路设计。嘉立创EDA软件与立创商城实现了无缝集成，使得用户能够在PCB设计完成后，便捷地通过一键操作在立创商城采购到相匹配的元器件。这种紧密的集成极大地简化了原型制作和电子元件选型过程，提升了效率和便利性。因此，利用立创商城的丰富资源，用户可以方便地为他们的电路项目选购合适的电子元件。
立创商城网址：https://www.szlcsc.com/

（1）在立创EDA中查找该元器件
调出器件搜索界面的两种方式：
 『Shift + F』：快捷件调出器件窗口

 底部隐藏菜单搜索

选型过程

1）LED和电池选型
立创商城网址：https://www.szlcsc.com/
我们可以打开上面的网址搜索LED。

接下来你会看到嘉立创平台提供的10万种不同型号与LED相关的电子元器件。

其中，每一项搜索结果也会标出一些重要的参数，我们基本可以按照这个指示进行电子元器件的选型。目前你看到的两个LED搜索结果都是贴片安装的，如果你希望找到插件的LED，可以在上方的筛选条件里选择【封装】-【插件】。

然后你就有可能遇到如下图所示的电子元器件了。

这个地方需要关注一下LED的正向电压和正向电流。LED的激发电压一般都在1.6-3v之间，所以说如果你的电池低于1.6v，那么最终LED可能根本点不亮。

我们可以从日常生活中的常见电池入手，肯定是7号电池和5号电池，不过7号电池和5号电池的电压值一般来说是标称1.5v，实际到手可能1.2v到1.4v之间。想要通过这类电池获得2v以上的电压就必须让两个电池串联。这样的话我们就需要用更大的电池盒和更大的PCB面积。更优的方案是使用一种规格为CR2032的纽扣电池，CR2032是一种锂锰电池，它的标称电压是3v，而且这种电池在楼下的超市就能买到，是我们生活中最易获得的3v电池。

因此我们还需要一个CR2032的电池盒，现在你需要对CR2032的电池盒进行选型，有两个办法。
（1）自行在立创商城搜索CR2032(不用了)
（2）使用博主已经选好的 C5365915

放置元器件（电池盒）

之前我们已经已经知道了电池盒的供应商编号是C5365915。现在，我们需要在EDA中根据这个供应商编号找到对应的元器件并添加到原理图中。
在嘉立创EDA专业版中，搜索和添加元器件有两种方式。
1）方法一：在下方的库面板检索并添加元件
（1）打开库面板
在软件的左下角找到“库”按钮，点一下。

（2）用供应商编号搜索特定元器件
现在软件下方就弹出了库的操作面板，在顶部的搜索框，把纽扣电池电池盒的供应商编号C2979167粘贴进去，并按下回车。供应商编号是立创商城记录每种元器件的唯一编号，通过供应商编号，我们可以精准得查到某个元器件。

（3）找到放置按钮
在库面板的最右侧，会出现这个元器件对应的原理图符号、封装（PCB设计的时候用）、以及实物照片，部分元器件还会提供3d模型。现在，点击“放置”按钮，即可在原理图中放置这个纽扣电池盒。

（4）在原理图中放置元器件
现在，你的鼠标已经进入放置状态，只需点击鼠标左键，即可放置元器件。

（5）尝试放置多个元器件
放置一个原件后，鼠标仍然处于放置状态，此时你仍然可以继续点击鼠标来放置多个元器件。

如果想让鼠标退出放置状态，可以点击鼠标右键或者按下键盘上的ESC键。
2）方法二：使用EDA内置的元器件搜索面板放置元器件
（1）快捷键SHIFT + F 调出元器件搜索面板
如下图就是立创EDA的元器件搜索面板，它的好处是能展示更详细的信息，方便选型时使用。

（2）用供应商编号检索特定元器件
在面板顶部的搜索框，输入编号C5365915并按下回车，即可找到对应的元器件。

（3）点击放置按钮
在搜索结果的右下角找到“放置”按钮，并左键单击。

（4）开始放置元器件
现在，我们就又能自由地放置元器件了。

位号和名称

下图中，颜色较深一些的BAT1，BAT2… …BAT5 这些属于位号，颜色较浅的KH-XXX这些属于名称。

它们的区别在于：
（1）位号：
位号是指给原理图上的每个元件分配的一个唯一的标识符，用于识别和区分图中的各个元件。位号通常由字母和数字组成，字母部分代表元件的类型（如R代表电阻，C代表电容），数字部分则是序号，用于区分同一类型的多个元件。位号的主要目的是为了方便地追踪和定位电路图中的元件。
（2）名称：
称则是对元件的描述性标识，它提供了有关元件功能或特性的信息。名称可能是元件的型号、值（如电阻的阻值、电容的电容量）、或者是用于描述元件在电路中作用的文字。名称有助于理解元件在电路中的具体作用和性能要求

删除元器件

刚才我们放置了很多多余的电池盒，现在我们要将他们删除。

首先，先点击一下要删除的对象。然后按一下键盘上的delete键，就可以删除掉了。

你也可以框选多个元件再按下DELETE键。

放置剩余元器件

1）所需元器件
（1）电池盒：C5365915
（2）100Ω电阻：C57438
（3）开关：C2837531
（4）LED灯：C2936518

2）将所需器件依次放入原理图：

选型说明：
之前我们已经选定好了电池（3v的CR2032纽扣电池）现在，接下来我们可以对LED灯珠进行选型，这里我随便挑选了一个小的红色LED灯珠（C2936518）。这个灯珠的正向电压是2V。

3）删除操作
选中元器件，点击“delete”键即可删除。
4）撤销
Ctrl + Z撤销操作。
5）重做
Ctrl + Y重做操作。（撤销『撤销』的操作）

导线连接

快捷键『Alt + w』

调整位置、方向及器件名称

1）调整位置
（1）整体挪动部分电路的位置
① 鼠标左键单击空白位置，拖动出现虚线框

② 松开左键，被虚线部分包围的元器件都会被选中，高亮展示，如下图所示

（2）调整单个元器件的位置
鼠标左键点击目标元器件选中，按住左键即可拖动位置

2）调整方向
LED反向偏置，需要调整方向。
（1）旋转
① 快捷键
鼠标左键单击选中元器件，按“空格”即可旋转，每按一次，逆时针旋转90°。

② 右键菜单
选中元器件，右键单击调出菜单栏，选择“左向旋转”，鼠标左键单击即可。每次操作逆时针旋转 90°。

（2）翻转
选中元器件，右键单击调出菜单栏，选择“左右翻转”或“上下翻转”，鼠标左键单击即可。

（3）调整LED
此处选择左右翻转。
翻转，删除交错的导线，重新连接

3）删除器件名称
（1）器件名称及唯一ID
在立创EDA的原理图中，每个元器件都有唯一ID和名称，前者用于唯一标识各元器件，后者是为了增加可读性，此处不保留。

（2）删除元器件名称
选中元器件名称（鼠标左键单击），点击“delete”键即可删除元器件名称。
最终原理图如下。

DRC检查

什么是DRC

DRC（Design Rule Check）是一个自动化检查过程。EDA软件通过一定的规则设定来检查你的原理图或PCB设计。它用来确保电路设计符合特定的规范或指标标准，帮助发现设计中的问题。比如，原理图有的元件没有连接，或者PCB中有的地方线条太近或者太细等等。

如何进行DRC检查

首先确保自己目前正处于原理图的编辑模式下，在上方菜单栏找到“设计”- “检查DRC”。

解读DRC日志

执行“检查DRC”之后，软件下方会弹出DRC面板。右侧面积最大的部分是日志面板，这里就是检查结果。

1）检查结果有4种分类：
（1）致命错误：
指的是那种直接会导致电路生产、工作失败的设计。如果出现这种错误，日志里会出现红字。
（2）错误：
在嘉立创EDA专业版中，一般情况下是用户的操作不能被软件理解的情况。如果出现这种错误，日志里也会出现红字。
（3）警告：
一般指的是有一些不太规范或者有歧义的操作。这类操作可能不会影响电路的制造和工作，但是需要引起注意。
（4）信息：
就是DRC的普通信息。
2）理解DRC的警告日志
现在，我们有下面这样的警告日志。

它的意思是说，发现我们有一个叫SW1的元器件，它的4号引脚和1号引脚没有连接任何东西，也就是悬空状态。并且EDA给出了一个解决方案，放置非连接标识在引脚上。
这个其实并不影响我们电路正常的生产和制作，可以不用管这个问题，不过为了知识的完整性，我们接下来演示如何解决这个问题。

修复问题

认识按键开关的结构：
我们要使用的开关大概如下图所示（下图是插件的，我们选型的是贴片的）。这类开关通常都有4个引脚。

按键开关虽然有4个引脚，但内部是两两成对互通的，它的原理图符号其实也反应了这一点，它的1号引脚和2号引脚是直连的，3号和4号也是直连的。

了解这一点后，我们来解决刚才的DRC警告。
1）方法一：用非连接标识符
非连接标识符可以用来明确告诉EDA，哪些引脚我就是要不连的。
（1）在工具栏找到非连接标识并且单击。

（2）将X分别放到SW1的1号引脚和2号引脚。

2）方法二：把两个引脚都接上
用导线将开关对应的引脚连接起来。

再次DRC
再次进行原理图的DRC检查，我们可以看到警告信息已经消失了。

无警告，无错误，DRC检查通过。

PCB绘制——按键点灯为例

从原理图生成PCB

1）从原理图生成PCB
首先确保自己正处于原理图的编辑模式下，在菜单栏的“设计”中找到“更新/转换原理图到PCB”。
（1）快捷键：『Alt + I』
（2）通过菜单栏

现在，你应该会弹出下图，这个图是说当我们执行导入变更时，具体发生了什么变更。此处，因为我们之前从来没有编辑过PCB，因此这里只会说新增器件。此处可以直接点击右下角的“应用修改按钮。”

2）确认导入信息
执行上一步会有弹窗，如下图所示，全选弹窗中的所有元件而后“应用修改”即可。

如果顺利，你应该会看到如下图所示的效果（元件位置可能略有差别）。

在之前的原理图设计时，我们主要是逻辑上解释元器件该如何连接。从设计PCB开始，我们要考虑真实元件的布局、物理位置以及导线真实的路径设计。

调整元器件位置

首先，请将自己的元器件按照下图所示进行布局。

在这个操作过程中，你可能需要下面的操作技巧。
（1）旋转元器件
同设计原理图时一样，在PCB设计中旋转元器件一样是先点击要操作的元器件然后按下空格。
（2）调整丝印位置
在默认的软件设置下，下图凡是金黄色的部分就全是丝印。

在旋转元器件时，元件的位号丝印可能会跟着一块转动，这个时候你可能需要调整位号丝印的位置和方向。这个过程一样是先点击要调整的位号丝印，通过拖动的方式调整位置，或者按空间来旋转位号丝印。

查看PCB的2D和3D效果

确保自己处于PCB的编辑模式下，点击工具栏中的2D或3D按钮。

1）2D效果：

2）3D效果：

通过观察，我们可以发现现在整个电路板的边界是贴着我们已经添加过的电子元件，这显然不合理。

设计板框

PCB图用于指导PCB板的制造，我们需要绘制板框层指明板的轮廓、大小。
1）密尔
密尔（mil）也被称为毫英寸，是线路板常用的度量衡单位，换算关系如下。
 1英寸（inch）=1000密尔（mil）
 1英寸=25.4毫米
 1密尔=25.4微米
2）切换度量单位
我们要知道设计的PCB板大致尺寸（关系到成本），使用常见的度量单位易于估算。此处由mil切换至 mm。

绘制板框

现在，我们要明确指定电路板的大小，首先确保自己在PCB的编辑模式下，在工具栏找到“板框”功能并单击。

接下来，我们鼠标一旦拖动，就可以画出一个紫色的框框，这个紫色的边框就是PCB板的边界。

调整板框

（1）改变单位
软件右侧的属性面板总是会显示你目前选中对象的属性。如果你选中板框，就可以查看到这个板框的尺寸信息。

这里我们会看到一个单位叫做mil（等于），这是一个英制单位，它等于千分之一英寸（inch）。
什么时候用英制单位什么时候用公制单位？
对于PCB设计而言，当要操作的对象与电气有关时，用的往往是英制单位。
当要操作的对象与机械有关时，比如电路板大小、螺丝留孔、外壳等，用的往往是公制单位。
你可以通过快捷键 Q（先点中对象，再按Q键）来快速切换当前设计的单位。

切换单位后即可按照下面的尺寸设计板框。

圆角

尖锐的边角一方面有可能对人员造成伤害，另一方面也有可能在受到外力时因为应力集中而断裂。因此通常要对PCB的边角做圆角处理。
在右侧的属性面板找到“圆角半径”，自己设置一个合适大小的圆角。

最终效果如下：

3D效果如下：

现在我们观察到它电路板变大，不再是贴着元件分布了。

添加网络名称

1）网络
在电路设计中，“网络”是指在电路中相互连接的电子元件的引脚集合，这些连接构成了一个电气连通路径。网络用于传递信号或提供电源和接地连接。当连接两个或多个组件的引脚时，它们就形成了一个网络。简而言之，网络就是电势相同的一组引脚。
2）网络名称
每个网络都拥有自己的网络名称，可以在原理图中自定义。如果原理图比较复杂，导线交叉，非常杂乱时，可以为导线两端的引脚定义相同的网络名称，此时就不必将引脚直接相连，使得原理图更加清晰、简洁。在PCB布线时，所有网络名称相同的引脚都需要被连接在一起。
3）构建网络的两种方式
（1）在原理图中用导线直接将两个或多个引脚相连，那么这些引脚就构成了一个网络。
（2）在原理图中为两个或多个引脚定义相同的网络名称，它们就构成了一个网络。在PCB图中，这些引脚之间会生成飞线，布线时需要将它们连接起来。

PCB布线

在原理图中，我们将元件连接在了一起，但这只是逻辑上的连接，在PCB图中需要放置物理上真实存在的导线，这一过程称为布线。

飞线

（1）PCB中的飞线
飞线（英语：Jump wire）也称跳线，是指印刷电路板上因设计缺陷、测试目的或是其它设计考量，将电路板上的两个节点直接用电线连通的一种方法。
（2）EDA PCB图中的飞线
此处的飞线是指PCB图中所有需要但尚未放置的导线的逻辑视图，用于指导布线。PCB图中的蓝色细线即飞线。
将单位修改为mil，CB板上的导线尺寸非常小，通常将mil作为度量单位。

在PCB设计中，导线通常是平面状的，我们所说的导线尺寸是指它的宽度。导线尺寸以mil为单位，尺寸的选择并没有统一规范，需要结合实际情况综合分析。本文主要是帮助大家熟悉EDA的使用，不必过多考虑导线的宽度，做出以下规定：
（3）与芯片直接相连的导线被称为“信号线”，信号线宽度为15mil。
（4）除信号线外，均为“电源线”。
（5）电源线宽度均为30mil。

在EDA软件中，飞线是一种视觉辅助工具，用于根据原理图显示电路板上不同元件之间的电气连接关系。注意，飞线是逻辑线不是物理线。

飞线的作用主要是3点：
（6）可视化连接：飞线显示了元件之间预期的连接路径，帮助设计师在布线前了解元件间的互联关系。
（7）优化布局：通过查看飞线，设计师可以优化板上元件的位置布局，以简化后续的布线工作，减少布线长度和复杂度。
（8）检查错误：飞线还可以帮助发现设计中的潜在错误，如未连接的引脚或错误连接，从而在生产前修正这些问题。不要出现直角和锐角

布线与布线原则

现在，我们开始画第一条线，在PCB中绘制导线的快捷键和原理图中一样也是ALT+W。

现在你可以将PCB中的导线按照下图的方式进行连接。

你会发现每当你完成一处物理线的连接，飞线（逻辑线）就会消失一条。

底层布线

现在，我们稍作修改，虽然上面的电路已经完全符合预期。但是为了掌握软件的更多功能，我们可以来做一些额外的操作。首先，我们删除电池正极与电阻之间的导线。

现在，你可以按键盘上的快捷键ALT + B直接切换到底层布线模式，也可以在PCB设计工作区的下方的图层切换工具中找到“底层”并点击。

现在，我们继续用快捷键ALT+W绘制导线，将电池正极与电阻的另一端连接起来。

可以发现，这次绘制出来的导线是蓝色的。仔细观察，我们发现这和涂层切换工具中的图层颜色相同。

因此，导线在底层就会是蓝色，在顶层就会是红色，黄色的部分就是顶层的丝印。现在，我们再来查看PCB的2D效果图。
（1）2D正面：

（2）2D背面：
在软件右侧找到“版面”切换成底，面，即可查看PCB的底层效果。

然后就可以看到如下图所示的效果。

需要注意，我们可以发现，因为我们的开关是贴片封装的，因此开关只会在正面留下焊盘。而LED、电阻、电池盒我们选择了插件封装，因此这些器件会留下贯穿PCB的过孔，这时我们就可以从另外一层连接这些元件。

图层管理

在PCB设计模式下，软件的右侧会有一个图层管理工具，通过这个工具，我们也可以控制图层的切换。不仅如此，这个工具还可以控制图层的可见性和锁定。

随着后面的学习，PCB设计逐渐复杂，进行必要的锁定和可见性控制就很有必要。

铺铜

铺铜是指在PCB的特定区域内添加一层未被电路线路占用的连续铜箔层。
1）定义GND网络
在电路设计中，“GND”代表“地”或“接地”，它是电路的零电位参考点。GND网络指的是电路中所有接地点的集合。通常我们会将铺设的大面积铜箔层作为GND平面使用，以获得稳定的参考电平，提升抗干扰能力。
通常，电源的负极被视为零电位，此处将BT1的1号引脚网络名称定义为GND。
（1）在工具栏选择“网络标签”

可以用Alt+N实现同样的效果。
（2）挪动标签，将其置于与电源2引脚相连导线的任意位置

（3）修改网络名称
双击网络名称，将网络名称更改为GND。

（4）更新原理图到PCB

（5）确认导入信息

2）顶层铺铜
（1）切换至顶层
① 默认快捷键为Alt + T，更改为T

② 替换快捷键

提示冲突，产出工具菜单的快捷键即可。
③ 点击“工具菜单”

④ 删除快捷键

⑤ 确认
⑥ 应用并确认

（2）点击菜单栏的“铺铜”工具，铜

点击铺铜起点及终点，确保虚线框覆盖所有板框区域即可。
（3）弹窗配置如下

（4）完成

3）底层铺铜
（1）切换至底层 默认快捷键为Alt + B，更改为B

替换快捷键

应用并确认
切换至底层，铜，顶层相同，只要覆盖板框即可。
弹窗设置如下

确认即可，效果如下。

PCB的DRC

之前原理图我们已经做过DRC。PCB设计好后我们还需要对PCB单独做一次DRC。这是因为原理图和PCB用的是不同的设计规则。
（1）进行DRC
在“设计”中找到“检查DRC”并单击该选项。
（2）查看日志
可以看到DRC面板的日志区域没有出现任何消息，这个地方没有消息就是最好的消息。
（3）尝试删除一根导线后再次DRC
现在我们将电阻和LED灯之间的导线删除，删除后再做一次DRC。
查看日志就可以看到如下图所示的结果，这个地方会说有两个焊盘没有按照原理图的指示进行连接。

CTRL+Z可以撤销刚才的删线操作，继续后面的学习。

PCB的DRC是怎么来的

除了对是否连线、有无操作异常的检查。PCB的设计规则还从很大程度上取决于厂家的生产能力。比如A工厂能做的过孔最小直径是多少，两根导线之间的最小间距是多少，一般规模较大的厂家会在官网公布自己的工艺能力。而嘉立创EDA的设计规则往往跟嘉立创的工艺参数相挂钩。
下图是嘉立创的工艺能力：

下图是另外一个插件（捷多邦）的工艺参数：

重新分配位号

1.清楚位号,左侧菜单栏选中原理图，右键，选择“清除位号”

2.弹出的窗口中配置如下

3.效果如下:

4.分配位号,具栏选择“设计” -> “分配位号”

弹窗配置如下

效果如下

优惠卷领取

截至目前，嘉立创每个账号每个月有至少两次的PCB免费打样机会。首先，我们需要去领取相关的优惠券
1）网页领取：https://www.jlc.com/newOrder/#/collectCoupons
2）下载下单助手：https://www.jlc.com/portal/appDownloadsWithConfig.html

3）安装下单助手领取优惠卷

PCB下单

1）点击『下单』 『PCB下单』

2）检查DRC确认
上文已完成了DRC检查，此处跳过即可。
3）下单数据生成确认

（1）坐标文件：
坐标文件指的一般是PCB上要打的孔。
（2）Gerber文件：
Gerber文件里涉及到PCB上的导线、丝印等
（3）BOM：
BOM的全写是 “Bill of Materials”，中文意思是“物料清单”。这里面记录了这个PCB里要用到什么样的电子元件，又几种，每种有几个。
了解上面的信息后，你可以直接点击“确认”按钮进行下单。

4）PCB订单参数（不要做的大调整，尽量选默认的，因为其他的很可能收费）
i. 生产稿再确认不需要
ii. 阻焊层颜色
iii. STM贴片及钢网选项
iv. 发票信息（必填）

v. 支付方式/发货信息
vi. 优惠券下单

元器件下单

1）点击『菜单』『元件下单』

2）器件标准化检查确认

检查结果如下。

器件完全匹配，检查通过。重新执行下单操作，选择“已检查，继续操作”。
3）BOM订单确认

确定即可。
4）采购套数
先写1套，然后点击确定。

然后你就可以看到如下图所示的信息：

5）确认器件库存及金额
真实的购买数量：
逻辑上讲，刚才我们输出了1套，那应该买到下面的东西：
 1个LED灯珠
 1个按键开关
 1个电池盒
 1个电阻
但实际上购买时会有一个MOQ（Minimum Order Quantity）限制。比如下图的100Ω电阻的MOQ是50，因此就算我们只做一套PCB，也需要至少购买50个100Ω的电阻。

了解这些后直接点击右下角的一键下单即可。

6）收件地址、提交订单

生产进度跟踪

你可以用之前安装的嘉立创下单助手（手机上也有APP可以安装）软件的左侧找到“PCB订单”。
然后找到自己下过的订单，点击它右侧的“进度跟踪”按钮。
这样，您就可以看到自己的PCB进展到哪个工序了。

小结

恭喜你已经完成了嘉立创EDA设计PCB的入门教程

PCB设计进阶

学习目标

下期我们将进行一些功能更复杂的电路设计，新知识点包括：
（1）多页原理图的绘制
（2）管理网络
（3）如何在电路设计中使用IC
（4）如何阅读数据手册
（5）铺铜
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电路功能介绍

进阶阶段我们除了要学习嘉立创EDA软件的使用技巧，还会学习一些关于数字电路的知识。下阶段我们要设计下面两种电路：
38译码电路+245信号放大器，没有看过我发布的数字电路的小伙伴请先把数字电路学了再来学进阶篇