EDA365：PCB设计过程

要设计印刷电路板，您必须完成几个步骤，做出决定并进行迭代，直到对结果满意为止。因为您创建的东西必须能够很好地执行特定的操作（或多个操作），所以您的设计工作必须是高质量，安全且可制造的。设计无法制造的PCB是没有意义的。

除了设计PCB的实际考虑之外，还有美学上的考虑。您希望自己的工作看起来不错，而不仅仅是功能良好。设计PCB不仅是工程学科，也是一种艺术形式。

在本书中，您将学习在KiCad中设计PCB的技术要素，但是我敢肯定，当您开始创建PCB时，就会出现您的艺术方面。随着时间的流逝，您的PCB将开始看起来像您的一样。

PCB设计与创建印刷电路板计划的过程有关。它不同于PCB制造。在PCB设计中，您将了解可用于创建此类计划的工具，过程和指南。另一方面，在PCB制造中，您担心将PCB计划转换为实际PCB的过程。

作为印刷电路板的设计者，了解PCB制造的一些知识很有用，尽管您不一定需要成为专家。您需要了解PCB制造设施的功能，以便可以确保您的设计不超过这些功能并且PCB是可制造的。PCB制造商将提供“设计规则”，其中规定了它们可以满足的尺寸和公差。例如，他们可能要求所有迹线的宽度至少为千分之五英寸。

作为设计师，您需要了解设计过程和设计工具。要设计PCB，我假设您已经具备电子学方面的知识。与工程设计中的其他许多方面一样，设计PCB是一个过程和迭代过程，其中包含重要的个人选择元素。在积累经验和技能时，您将发展自己独特的设计风格和过程。

尽管个性化的设计过程包含独特的元素，但它仍然遵循您将在本书中学习的一般过程。我从自己的经验中汲取了经验，并从其他人的最佳实践中汲取了经验，从而总结了这一过程。我还尝试简化此过程，使其适合刚接触PCB设计的人员。

Kicad设计工作流程

由于在本指南，书和课程中，您将使用KiCad，因此我创建了一个示意图，该示意图显示了使用KiCad术语和工具进行PCB设计的过程。您可以在图2.1中看到它。

图2.1：KiCad设计工作流程。

从非常高的角度来看，PCB设计过程只有两个主要步骤：

  1.从原理图开始；

  2.它以布局结尾。

设计的目的是创建布局。布局是一个文件，其中包含有关您的板的信息，制造商可以使用该信息来创建板。布局必须包含有关电路板尺寸和形状的信息；它的构造（例如它必须具有多少层）；组件在板上的位置，各种板元素的位置，例如焊盘，孔，走线和切口；这些元素的特征（例如孔和迹线的大小）；等等（您将在本书的后面详细了解）。

当我们将此通用过程引入KiCad时，我们可以将其映射到您在图2.1中看到的元素。

Eeschema，原理图设计编辑器

该过程始于Eeschema。在Eeschema中，您将创建电气原理图，以描述最终将要制造到PCB中的电路。通过从库中选择符号并将其添加到原理图图纸中，可以绘制原理图。如果库中不存在所需的组件，则可以使用逻辑示意图库编辑器创建它。

运行常规的电气规则检查有助于尽早发现缺陷。Eeschema具有一个内置的检查程序实用程序，布局编辑器Pcbnew也具有此目的。这些实用程序有助于生产具有低风险以包含设计或电气缺陷的PCB。

在前往Pcbnew之前，您需要做两件事：

  1.将Eeschema中的组件与足迹相关联；

  2.创建网表文件，其中包含Pcbnew设置布局表所需的信息。网表文件是连接Eeschema和Pcbnew的文件。

符号是原理图中真实组件的图形表示；它没有物理对应物。但是，在布局编辑器（Pcbnew）中，一切都是真实的，因为它具有真实的对应物。因此，作为设计师，您必须将符号与封装关联起来。足迹是真实的东西；它代表PCB上的电阻器，开关和焊盘。这使我们能够将原理图零部件与封装模块进行匹配。[3]

网表

一旦创建了符号和模块之间的关联，就可以从Eeschema中导出网表文件。然后，将网表导入到Pcbnew中，并且您在Eeschema中关联的所有封装都将显示在新表中，以便您可以开始处理布局。

Pcbnew，布局编辑器

您可以使用Pcbnew在纸上放置脚印并进行布线。布线可能非常耗时，特别是对于大型电路板。可以使用自动布线的工具，该功能可以大大减少布局时间。

布置好PCB并完成走线后，就可以继续进行设计规则检查。该检查将检查板上的缺陷，例如走线太靠近焊盘或两个覆盖区重叠。

请注意，不同的PCB制造商可能具有不同的功能，和/或它们可能以更高的价格提供增强的功能。如果要设计具有密集封装组件的复杂电路板，则可能需要货比三家，以找到具有适合您的设计规则的制造商。

完成布局工作后，您可以继续执行最后一步，该步骤涉及以与电路板制造商的要求兼容的格式导出布局信息。为此的行业标准是一种称为“ Gerber”的格式。Gerber文件包含多个相关文件，PCB上每层包含一个Gerber文件，并包含制造厂制造PCB所需的说明。

让我们继续下一章，我们将讨论制造。