一篇“从入门到上手”的PCB设计教程

这是一篇面向神马都不懂的小白玩家的PCB设计教程。希望能帮助大家快速上手PCB的设计。

1 预备知识

1.1 常用工具

（1）做图工具：Altium Designer
（2）PCB板加工：嘉立创
（3）元件封装搜索：Electronic Components Datasheet Search
（4）元件3D模型搜索：3D ContentCentral
（5）万能的淘宝（优信电子这家店还不错）

1.2 参考资料

（1）推荐两套视频教程，可以在B站上搜索到，两部影片看下来，基本就对PCB设计有大致了解了！

Altium Designer实战教程 - 从零开始画一个stm32最小系统（原创）
硬件电路设计看这里，Altium Designer 原理图与PCB设计,15/16/17版本的基础部分都是通用的哦

（2）嘉立创的元件库（下载链接）

1.3 电子电路预备知识

你所需要的基本知识，在这一部分我都会尽量介绍完全啦！看完以后，应该对PCB设计会更加手拿把攥了。

1.3.1 元件封装是什么？

元件封装，简单的说，一是指元件的包装方式，二是指元件的焊盘形状与尺寸。
在绘制PCB板的时候，首先要保证元件封装绘制正确，否则元件很可能无法焊接到成品板上。

不同的厂家生产的各类元器件的形状、尺寸上都有较大的差异，因此元件的封装也有很多不同的形式。但是总体而言，目前的封装主要分为两类。一类是直插式，一类是贴片式。另外，详细划分，又可以划分为以下多类：

SOP/SOIC封装：Small outline package 小外形封装
PLCC封装：Plastic leaded chip charrier 塑料J引线芯片封装
QFP封装：Quid flat package 四侧引脚扁平封装
QFN封装：Quid flat non-leaded 四侧无引脚扁平封装
BGA封装：Ball grid array package 球栅阵列封装
CSP封装：Chip scale package 芯片级封装
SIP封装：Single in-line package 单列直插封装
DIP封装：Double in-line package 单列直插封装

1.3.2 电阻、电容、电感、磁珠、二极管、三极管是什么？

对于在PCB板中，常常使用到的元器件类型可能大家还需要进一步的了解。

（1）电阻比较简单，通常使用到的都是贴片电阻。

（2）电容复杂一些，常用的类型有：陶瓷电容、电解电容等。陶瓷电容属于无极性电容，通常有X7R电容和Y5V电容两种，个头都比较小。电解电容是有极性电容，包括铝电解电容、钽电解电容（坦电容）等。一般而言，陶瓷电容的容值都比较小，而电解电容的容值更大。另外，铝电解电容的个头一般很大，且是直插式封装；而坦电容个头较小，贴片封装。 原理图中，有些电容旁边带有+号，这就代表了有极性电容。

（3）电感常用的是贴片叠层电感和贴片功率电感。贴片叠层电感体积很小，而贴片功率电感体积稍大，更适合大电流、高感值的场合。

（4）磁珠实际上是单匝的线圈，也可以说是单匝电感，其电感量很小。专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰。

（5）二极管比较常用的是LED灯二极管、肖特基二极管。

（6）三极管常用的有三极管和场效应管（MOS管）。三极管是电流控制元件，分为PNP和NPN两类，三极分别为基极、发射极、集电极。MOS管是电压控制元件，分为P沟道和N沟道两类，另一种分法是增强型和绝栅型，三极分别为栅极、源极、漏极。

1.3.3 数字0402、0603到底代表什么？

这些数字指的是电阻、电容、电感等贴片元件的封装大小。
下图中包含了这些封装与尺寸的关系：

1.3.4 电源设计是什么？

这里说的电源，指的就是给PCB板供电的电源。实际应用中常会遇到这种情况。我们用电池给PCB板供电，电池电压可能是3.7V、7.4V或者是12V的。然而，板上的元器件需要的供电电压，可能与外部电源电压不符。比如，单片机往往需要3.3V供电，一些超声波传感器需要5V供电，有些电机还需要12V供电。这样就要求我们，通过设计升压、降压或者升降压电路，变换外部电源输入从而满足所有元器件的要求。这也就是这里所说的——电源设计。

通常PCB设计中使用的电源有两类：开关电源和线性电源。（这里主要说直流电源）

开关电源，优势在于效率高。但是其有纹波，外围电路复杂，体积大，设计比较困难。通常包括有，升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）和反相等电路。

线性电源，优势在于外围电路简单，体积小，纹波很小。但是效率低、发热严重。一般而言，线性电源只能做降压，而不能升压，降压的那一部分全都化作发热耗散掉了，所以效率低。另外，还有一类线性电源叫做LDO（低压差线性稳压器），它的特点是可以在降压压差很低的情况下使用。

这一块对于初学者来说可能算是比较复杂的部分了。如果要从头设计一个开关电源，那是非常复杂的，需要把电源芯片的文档看得很熟，然后按照其计算方法，把用到的电阻阻值、电感感值、电容容值都计算出来。但是好在，开关电源文档上都会有典型应用，我们初学者需求应该都比较简单，文档上大概率会有对应的典型应用的！

2 设计过程

掌握了以上的基本知识，并且已经把推荐视频看过以后，大家就可以开始正式进入PCB的设计过程了。总体上，PCB设计可以分为两个部分，一是绘制原理图，二是PCB布线。

2.1 绘制原理图

2.1.1 制作元件库和封装库

这是绘制原理图的前期准备。这一步的重点是，我们需要初步确定会用到的元器件，并且去淘宝上搜索这些元器件对应的封装与尺寸。一定要按搜到的尺寸绘制封装库，否则就算你画出板子来，也可能买不到合适大小的元器件。

当然，能找到现成可用的库是最好的，就不用自己画了。大家可以去下载嘉立创的库，里面元件还是挺全的。

另外，建议大家把元件的3D模型加上，这样切换3D视图就可以看到板子做好以后的全貌了！！！

2.1.2 画电路原理图

对于初学者而言，这一步的关键在于善于借鉴！！！

这里分享我的一个小方法：

想要实现什么功能，可以先到淘宝上搜这个功能对应的模块，然后看看能不能下载到它的资料，或者搞清楚它用的芯片，然后参考芯片的技术文档。最后，把模块资料里或是技术文档里的应用电路图搬过来就OK了。

另外，CSDN上也有挺多资源的，可以在这上面下载。

最后，大家在搜索资源的时候请用Google吧，百度能搜到的东西实在太少了。。。

2.2 PCB布线

2.2.0 规则设置

这部分内容比较多，但最重要的是“导线宽度与安全间距”，这个设置好应该就没有太大问题。

2.2.1 元件布局

同一功能模块布局要尽量紧凑
有些特殊的元器件，布局前最好参考其技术手册，使用其推荐的PCB布局方式（比如某些电源芯片或传感器芯片，这样可以提高应用性能）
发热大、电流大的元件要远离单片机
丝印不要遮挡焊盘，另外丝印的作用主要是方便后期焊接找准元器件位置，所以要尽可能保持丝印清晰可见

2.2.2 布信号线

一般原则：

信号线宽10~15mil。一般是11mil。
不能走锐角线，直角线也尽量不要。
对于细引脚来说，使用的线径最好在不超过引脚宽度的情况下尽可能宽。
过孔孔径一般可选12，24
双面板的两面导线尽量避免平行走线
信号线不要形成环路，如果必须有环路，那么越小越好

STM32：

晶振要尽可能离单片机近，尽可能保持接晶振的线等长平行
晶振下面不要过信号线
要接滤波电容。有几个VCC和GND就要接几个滤波电容，滤波电容尽量离单片机近
芯片下方可以走信号线，不用太担心

2.2.3 布电源线

电源线宽30~50mil（单片机等电流很小的器件的电源线可以细一点，16mil的线能过0.9A电流，单片机需要的不会超过0.2A）
过孔也要相应变大，可选25，50

2.2.4 布地线

地线不一定要全部布通，可以最后通过覆铜来把所有地导通

2.2.5 滴泪

2.2.6 覆铜

2.2.7 检查

3 实际制作

3.1 PCB板制作

嘉立创就可以制作PCB板，价格很实惠。但是，这只是单纯的板子，没有焊接任何元件。

3.2 PCB板元件焊接

大家可以自己上淘宝买回来所有元器件的原料，自己手工焊板子。当然，淘宝上有很多PCB代焊的店家，他们可以提供包工包料的服务，只不过价格可能会稍贵一些。

4 最终测试

这一步，只能默默祷告千万不要出什么问题了。不然这当中的问题排查就比较复杂了，暂时不在这篇文章里细说啦。

结束语

希望这篇文章对初学者有些帮助。祝大家制作板子顺利，早日成为硬件大师！