【嘉立创EDA-PCB设计指南】1.PCB基本概念及原理图绘制

前言：本文详解PCB基本概念以及实现MCU最小系统原理图的绘制（原理图包括MCU芯片GD32F103C8T6、外部晶振、输出端口、USB输入口、5v转3v3稳压输出、复位按键、唤醒按键、LED）。为本专栏后面章节实现PCB绘制做准备。

最终绘制的原理图如下所示：

目录

PCB板的元素组成

PCB设计流程

1.原理图放置器件与连线

2.原理图整理

3.原理图检查DRC

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PCB板的元素组成

1.PCB的定义

PCB ( Printed Circuit Board)，中文即印制电路板，或印刷线路板。它是电子产品中的重要部件，元器件的支撑体，更是实现诸多电子元器件电气连接的载体。像纸张印刷一样，PCB板也是印刷出来的，不过它采用的技术叫电子印刷术，所以我们称之为“印刷”电路板。

PCB 的制造过程中，首先使用 PCB 设计软件将电路图和布局设计出来，然后通过电子印刷术将导电线路和元器件图案印刷在绝缘基板上。印刷完成后，通过钻孔等工艺将必要的孔位钻出，用于安装元器件和连线。最后，在制造过程中的涂覆、焊接等步骤完成后，我们就得到了一个完整的 PCB 板。PCB 在电子产品的设计和制造过程中发挥着重要的作用，它可以提供可靠的电气连接、节省空间、提高效率，并且能够适应各种复杂的电路需求。

2.PCB的层叠结构

PCB的层叠结构是指电路板的多个层次或层面之间的堆叠方式。一般的PCB层叠结构由多个层次组成，每个层次都有特定的功能和布局。以下通过PCB四层板举例，来了解基本元素（PCB板子设计时通常都是偶数层板）

如下为PCB四层板的示意图，黄色为铜皮（导电），基板（绝缘、图示白网状板）两侧有两面铜皮，两个基板中部有个芯板（绝缘、填充，图示中间的白色板），顶层与底层通过过孔（导电）来连接，铜皮旁边为绿油（阻焊层），板子表面的白色字母或白线为丝印层。元件接口处有铜皮，为了防止氧化等原因将元件接口处加了一层锡（白色）也就是焊盘（相当于线头，便于元件与线路进行连接）。

四层板=两层板+芯板+两层板?

焊盘?

3.PCB的通孔、盲孔、埋孔

走线时，遇到挡着的线路时，会使用包括通孔、盲孔和埋孔

1. 通孔（Through Hole）： 通孔是贯穿整个PCB层次的孔，从电路板的一侧穿过到另一侧。通孔通常具有金属内衬，可以用于连接不同层次的电路。通过通孔可以实现电路板的多层布线和连接元件之间的电路关联。
2. 盲孔（Blind Via）： 盲孔是仅连接PCB的表面与内部一层的孔。它只在PCB的一侧进行穿孔，不贯穿整个PCB层次。盲孔常用于双面或多层PCB中，在一个或几个特定的层次上进行信号传输和连接，以减少空间占用和电路复杂度。
3. 埋孔（Buried Via）： 埋孔是在PCB的内部层次中的孔，无法从表面直接看到。埋孔有助于实现更高密度的布局和更复杂的电路连接，因为它们可以在多个内层之间实现信号传输和电路连接，而不占用表面空间。 通孔、盲孔和埋孔在PCB的制造过程中都需要使用特殊的加工工艺，如通过钻孔、沉铜、覆铜等处理来实现。这些孔的使用取决于特定的电路需求和设计要求，以及最佳的布线和连接解决方案。在 PCB 设计中，工程师需要根据具体的应用场景来选择适当的孔类型和位置，并确保工艺能够支持这些孔的制造和连接。

3.元器件的符号和封装

如下，左面就是电阻的符号，右边就是电阻的封装

4.PCB和PCBA

PCB的设计和制造为PCBA的顺利进行提供了基础，而PCBA的组装则将PCB转变为最终的功能性电子产品。即PCB是没有组件的电路板，PCBA是焊接有电子组件的电路板。

如下图左边为PCB，右边为PCBA

PCB设计流程

简单的设计流程如下：
1、如果没有需要的库，则先画库：器件，符号，封装。器件需要绑定符号和封装。

2、新建工程，放置器件在原理图

3、原理图转PCB

4、导出BOM和Gerber下单。

1.原理图放置器件与连线

我的原理图/符号的主题是PADS Logic，板纸大小为A3较合适

点击新建工程

?如下为原理图和PCB图的位置，图纸大小一般为A3

推荐使用半离线模式，可以使用嘉立创的在线库

点击页面下部红框处，可以搜索在线库?

如果在线库没有你所需要的元件，可以自己进行新建元件库，如下为新建元件库的步骤

点击新建元件库

如下为我新建的库，进行创建器件（符号+封装）

点击新建元件，进行元件（符号）的新建

?库的路径为新建库的路径

如下为我新建的元件（符号），图中红字为注意点

按住Alt可小范围移动，图中的引脚头具有电气特性可与外部进行导电连接，图中的绘制线是没有电气性能的

网格尺寸小一点，便于绘制、移动；始终显示十字光标便于操作

绘制完成（符号）后，点击原理图进行放置，其它若在线库没有的元件创建过程与此类似，我绘制的电子元件在在线库是有的

如下为我绘制的LED灯模块电路原理图

图中的PA8为端口输入引脚（与同名的网络端口号是连接的）

?注意一点：同名的网络标识等，是连接在一起的（只是省略了连线）。如下图中的PA8与其它电路上的PA8（网络编号）是连接的，图中的GND（网络编号）是同名的，都是连通在一起的

我绘制的3.3v稳压输出原理图如下， 稳压芯片将5v电压并通过电容滤波输出为3.3v电压，并加有电源指示灯led

?使用快捷键适应全部和导线绘制会很方便

这些可以进行对原理图中的元件进行对齐

Esc或者右键可以退出当前选中的绘制命令

双击名称可以进行直接修改

?例如，对电容数值的显示在属性的名称中输入xxuf等，位号名称为Cxx。在原理图中名称可以更改，编号不能更改

?注意检查连接导线时，导线头是否正常，如下第一个就不太规范，第二个规范。导线头消失了就是正常的规划接线，若两个线重合则有导线头的出现。

?再次提醒一下，新建绘制元件符号时，绘制的元件符号大小等，不影响元件的电气特性

可以用这个圆弧来画电感的符号

点击基础属性里引脚名称和编号旁边的框可显示/隐藏名称和编号

?元件符号互相碰到的话，没有事！

当修改已经绘制过的元件符号时，当重新使用时会提示更新

点击更新

点击确定

?在绘制元件符号时，要注意引脚头（圆圈）要朝外，才能进行与其它元件进行连接

X为非连接标识，代表该处引脚不接任何东西，悬空状态

点击此处可以进行镜像翻转

?出现如下警告，发现符号HDR-20画布原点不在图形内部

?将符号放于正中间的十字交叉处即可解决问题

设置中， 移动符号，导线跟随方式设置为默认不跟随的话，移动符号时，导线不会跟着符号移动。或者在移动前按住ctrl+alt更换跟随方式

在设置中，复制/粘贴 选择参考点。这时候复制/粘贴的话会有起始点提醒

2.原理图整理

基于上一节，我绘制完的原理图如下所示，现在进行原理图的整理

首先，可以将所有模块都先移出画布外

注意要右键全部每个模块选中，拖动到画布中

开始画线，不是导线，是折线是没有电气性能的，画线分块便于阅读，没有其它作用，此时为黑色的实线。如下所示进行模块划分

ctrl全部选中折线，在右侧属性里更改为短划线、线宽根据需要可以调大点

开始添加文字，选择T，输入模块名称，根据需要可以更改字体颜色大小

最终效果如下?

3.原理图检查DRC

DRC（Design Rule Check，设计规则检查）是指在电路板设计中，根据电路板的制造工艺和设计要求，对设计图进行一系列规则的检查，以确保电路板设计满足制造标准和设计规范。这些规则涵盖了元件间距、线宽、孔径、焊盘大小等方面。

点击设计，再点击检查DRC，根据检查结果提示进行原理图修改。目前报错为没有封装（先不管，本专栏下一篇博客开始讲如何封装）

点击设计，点击设计规则可以查看DRC检查规则

DRC设计规则如下?

补充知识点：

单网络：简而言之，就是单条走线一端接元件另一端悬空什么都不接。"单网络"是指电路中的一个独立的电气连接路径。一个电路可以包含多个网络，每个网络都由一组相互连接的元件组成。在电路设计中，将电路划分为多个单独的网络可帮助工程师更好地理解电路的功能和连接关系，并对电路进行分析和优化。