第1课 1课时 设计师职业知识——电路板及电路原理图

1.1.1 认识电路板

电路（电子线路）是指将电气设备和元器件按一定方式连接起来，为电流流通提供路径的总体，也叫电子网路。电路的大小相差很大，可以小到硅片上的集成电路，大到输电网。本课主要介绍电路和电路板的基础知识。

电路板的类型有：线路板、铝基板、高频板、PCB、超薄线路板、超薄电路板和印刷（铜刻蚀技术）电路板等。电路板可以使电路迷你化、直观化，对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起到了重要作用。如图1-1所示是常见的电路板。

电路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界等组成，各组成部分的主要功能如下。

（1）焊盘：用于焊接元器件引脚的金属孔。

（2）过孔：有金属过孔和非金属过孔两种，其中金属过孔用于连接各层之间的元器件引脚。

（3）安装孔：用于固定电路板。

（4）导线：用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。

（5）接插件：用于电路板之间连接的元器件。

（6）填充：用于地线网络的敷铜，可以有效地减小阻抗。

（7）电气边界：用于确定电路板的尺寸，电路板上的所有元器件都不能超过该边界。

电路板系统可以分为以下三种。

（1）单面板（Single-Sided Boards）：在这种电路板上，零件集中在一面，而导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就把这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须走独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类板子，如图1-2所示。

（2）双面板（Double-Sided Boards）：这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，在两面之间必须要有适当的电路连接才行，这种电路间的“桥梁”叫作导孔。导孔是充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），因此更适合用在比单面板更复杂的电路上。

（3）多层电路板（Multi-Layer Boards）：为了增加可以布线的面积，可以使用更多单面或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板之间放置一层绝缘层后粘牢（压合）。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4～8层的结构，不过技术上可以实现近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，因此超多层板已经渐渐被淘汰了。因为PCB中的各层结合紧密，一般不太容易看出实际数目。如图1-3所示为4层板。

电路板制作完成后一般要进行检测。电路板的自动检测技术随着表面贴装技术的引入而得到应用，并使得电路板的封装密度飞速增加。因此，即使对于密度不高、一般数量的电路板，电路板的自动检测不但是基本的，而且也是经济的。在复杂的电路板检测中，两种常见的方法是针床测试法和双探针或飞针测试法。

1.1.2 认识电路原理图

电路图是人们为了研究和工程的需要，用国家标准化的符号绘制的一种表示各元器件组成的图形，如图1-4所示。通过电路图可以详细地知道电器的工作原理，是分析性能，安装电子、电器产品的主要设计文件。在设计电路时，也可以从容地在纸上或电脑上进行，确认完善后再进行实际安装，通过调试、改进，直至成功；而现在，我们更可以应用先进的计算机软件来进行电路的辅助设计，甚至进行虚拟的电路实验，大大提高了工作效率。

常见的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印板图等。

（1）原理图：又叫作“电路原理图”。由于原理图直接体现了电子电路的结构和工作原理，所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时，通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路实际工作时的原理。

（2）方框图：一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说，它也是一种原理图，不过在这种图纸中，除了方框和连线外，几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图的主要区别就在于，原理图上详细地绘制了电路的全部元器件和它们的连接方式，而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中加上简单的文字说明，用连线（有时用带箭头的连线）说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理，而原理图除了可以详细地表明电路的工作原理之外，还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。

（3）装配图：为了进行电路装配而制作的一种图纸，图上的符号往往是电路元件实物的外形图。我们只要照着图上画的样子，把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。

（4）印板图：全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”，它和装配图属于同一类电路图，都是供装配实际电路使用的。

电路图主要由元件符号、连线、节点、注释四大部分组成。元件符号表示实际电路中的元件，它的形状与实际的元件不一定相似，甚至完全不一样，如图1-5所示，但是一般都表示出了元件的特点，而且引脚的数目都和实际元件保持一致。连线表示的是实际电路中的导线，在原理图中虽然是一根线，但在常用的印刷电路板中往往不是线而是各种形状的铜箔块。节点表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和节点相连的元件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。注释在电路图中是十分重要的，电路图中所有的文字都可以归入注释。

1.1.3 电路板的工作层面

电路板包括多种类型的工作层面，如信号层、防护层、丝印层、内部层等，各种层面的作用简要介绍如下。

（1）信号层：主要用来放置元器件或布线。Protel DXP通常包含30个中间层，即Mid Layer1～Mid Layer30，中间层用来布置信号线，顶层和底层用来放置元器件或敷铜。

（2）防护层：主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不会被镀锡，从而保证电路板运行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分别为顶层阻焊层和底层阻焊层；Top Solder和Bottom Solder分别为顶层锡膏防护层和底层锡膏防护层。

（3）丝印层：主要用于在电路板上印制元器件的流水号、生产编号、公司名称等。

（4）内部层：主要用作信号布线层，Protel DXP中共包含16个内部层。

（5）其他层：主要包括4种类型的层。

● Drill Guide（钻孔方位层）：主要用于印刷电路板上钻孔的位置。

● Keep-Out Layer（禁止布线层）：主要用于绘制电路板的电气边框。

● Drill Drawing（钻孔绘图层）：主要用于设定钻孔形状。

● Multi-Layer（多层）：主要用于设置多面层。