第1課 1課時 設計師職業知識——電路板及電路原理圖

1.1.1 認識電路板

電路（電子線路）是指將電氣設備和元器件按一定方式連接起來，為電流流通提供路徑的總體，也叫電子網路。電路的大小相差很大，可以小到硅片上的集成電路，大到輸電網。本課主要介紹電路和電路板的基礎知識。

電路板的類型有：線路板、鋁基板、高頻板、PCB、超薄線路板、超薄電路板和印刷（銅刻蝕技術）電路板等。電路板可以使電路迷你化、直觀化，對于固定電路的批量生產和優化用電器布局起到了重要作用。如圖1-1所示是常見的電路板。

電路板主要由焊盤、過孔、安裝孔、導線、元器件、接插件、填充、電氣邊界等組成，各組成部分的主要功能如下。

（1）焊盤：用于焊接元器件引腳的金屬孔。

（2）過孔：有金屬過孔和非金屬過孔兩種，其中金屬過孔用于連接各層之間的元器件引腳。

（3）安裝孔：用于固定電路板。

（4）導線：用于連接元器件引腳的電氣網絡銅膜。

（5）接插件：用于電路板之間連接的元器件。

（6）填充：用于地線網絡的敷銅，可以有效地減小阻抗。

（7）電氣邊界：用于確定電路板的尺寸，電路板上的所有元器件都不能超過該邊界。

電路板系統可以分為以下三種。

（1）單面板（Single-Sided Boards）：在這種電路板上，零件集中在一面，而導線則集中在另一面上。因為導線只出現在其中一面，所以我們就把這種PCB叫作單面板（Single-sided）。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉而必須走獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類板子，如圖1-2所示。

（2）雙面板（Double-Sided Boards）：這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導線，在兩面之間必須要有適當的電路連接才行，這種電路間的“橋梁”叫作導孔。導孔是充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯（可以繞到另一面），因此更適合用在比單面板更復雜的電路上。

（3）多層電路板（Multi-Layer Boards）：為了增加可以布線的面積，可以使用更多單面或雙面的布線板。多層板使用數片雙面板，并在每層板之間放置一層絕緣層后粘牢（壓合）。板子的層數就代表了有幾層獨立的布線層，通常層數都是偶數，并且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4～8層的結構，不過技術上可以實現近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集群代替，因此超多層板已經漸漸被淘汰了。因為PCB中的各層結合緊密，一般不太容易看出實際數目。如圖1-3所示為4層板。

電路板制作完成后一般要進行檢測。電路板的自動檢測技術隨著表面貼裝技術的引入而得到應用，并使得電路板的封裝密度飛速增加。因此，即使對于密度不高、一般數量的電路板，電路板的自動檢測不但是基本的，而且也是經濟的。在復雜的電路板檢測中，兩種常見的方法是針床測試法和雙探針或飛針測試法。

1.1.2 認識電路原理圖

電路圖是人們為了研究和工程的需要，用國家標準化的符號繪制的一種表示各元器件組成的圖形，如圖1-4所示。通過電路圖可以詳細地知道電器的工作原理，是分析性能，安裝電子、電器產品的主要設計文件。在設計電路時，也可以從容地在紙上或電腦上進行，確認完善后再進行實際安裝，通過調試、改進，直至成功；而現在，我們更可以應用先進的計算機軟件來進行電路的輔助設計，甚至進行虛擬的電路實驗，大大提高了工作效率。

常見的電子電路圖有原理圖、方框圖、裝配圖和印板圖等。

（1）原理圖：又叫作“電路原理圖”。由于原理圖直接體現了電子電路的結構和工作原理，所以一般用在設計、分析電路中。分析電路時，通過識別圖紙上所畫的各種電路元件符號，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路實際工作時的原理。

（2）方框圖：一種用方框和連線來表示電路工作原理和構成概況的電路圖。從根本上說，它也是一種原理圖，不過在這種圖紙中，除了方框和連線外，幾乎就沒有別的符號了。它和上面的原理圖的主要區別就在于，原理圖上詳細地繪制了電路的全部元器件和它們的連接方式，而方框圖只是簡單地將電路按照功能劃分為幾個部分，將每一個部分描繪成一個方框，在方框中加上簡單的文字說明，用連線（有時用帶箭頭的連線）說明各個方框之間的關系。所以方框圖只能用來體現電路的大致工作原理，而原理圖除了可以詳細地表明電路的工作原理之外，還可以用來作為采集元件、制作電路的依據。

（3）裝配圖：為了進行電路裝配而制作的一種圖紙，圖上的符號往往是電路元件實物的外形圖。我們只要照著圖上畫的樣子，把一些電路元器件連接起來就能夠完成電路的裝配。

（4）印板圖：全名是“印刷電路板圖”或“印刷線路板圖”，它和裝配圖屬于同一類電路圖，都是供裝配實際電路使用的。

電路圖主要由元件符號、連線、節點、注釋四大部分組成。元件符號表示實際電路中的元件，它的形狀與實際的元件不一定相似，甚至完全不一樣，如圖1-5所示，但是一般都表示出了元件的特點，而且引腳的數目都和實際元件保持一致。連線表示的是實際電路中的導線，在原理圖中雖然是一根線，但在常用的印刷電路板中往往不是線而是各種形狀的銅箔塊。節點表示幾個元件引腳或幾條導線之間相互的連接關系。所有和節點相連的元件引腳、導線，不論數目多少，都是導通的。注釋在電路圖中是十分重要的，電路圖中所有的文字都可以歸入注釋。

1.1.3 電路板的工作層面

電路板包括多種類型的工作層面，如信號層、防護層、絲印層、內部層等，各種層面的作用簡要介紹如下。

（1）信號層：主要用來放置元器件或布線。Protel DXP通常包含30個中間層，即Mid Layer1～Mid Layer30，中間層用來布置信號線，頂層和底層用來放置元器件或敷銅。

（2）防護層：主要用來確保電路板上不需要鍍錫的地方不會被鍍錫，從而保證電路板運行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分別為頂層阻焊層和底層阻焊層；Top Solder和Bottom Solder分別為頂層錫膏防護層和底層錫膏防護層。

（3）絲印層：主要用于在電路板上印制元器件的流水號、生產編號、公司名稱等。

（4）內部層：主要用作信號布線層，Protel DXP中共包含16個內部層。

（5）其他層：主要包括4種類型的層。

● Drill Guide（鉆孔方位層）：主要用于印刷電路板上鉆孔的位置。

● Keep-Out Layer（禁止布線層）：主要用于繪制電路板的電氣邊框。

● Drill Drawing（鉆孔繪圖層）：主要用于設定鉆孔形狀。

● Multi-Layer（多層）：主要用于設置多面層。