第2节- PCB设计:组件

这是为PCB设计师和那些可能想要了解更多的人提供的返校系列的第二部分。

内容

组件
无源元件——电路的基本组成部分
活动组件——动作开始的地方
表面安装vs.镀通孔组件
库足迹-如何创建虚拟部分
研究生院区

组件

PCB的好坏取决于其各部分的总和。组件以不同的方式分类。一种方法是将部件识别为两者之一被动还是主动．无源器件是基本构件，电阻、电容和电感就是例子。通常，它们有两个引脚，但它们也可以在一个封装中封装几个单独的电路。电阻器组是最常见的被聚集成组的无源元件。

无源元件——电路的基本组成部分

电阻广泛用作分压器和端子。它们也用作上拉和下拉，其思想是将集成电路引脚连接到高或低逻辑状态。它们以欧姆为单位测量，按瓦数和公差评定。

电容器是用两块金属板制成的，中间夹着介电材料。当一根导线被绑在地面网上时，它们可以用来储存少量的能量。它们就像一小桶电子，随时准备在逻辑状态改变时工作。电容器也可以在线使用，以阻止直流电从传输线向下传播。

电容器可以是极化的或非极化的。它们以法拉为单位测量，但大多数帽子都不到一法拉。微法拉和皮法拉是印刷电路板上常用的测量单位。它们带有额定电压，公差和等效串联电阻或ESR。超级帽子有点像电池，因为它们可以储存大量的能量。

图1所示。二次侧是无源元件和轻量级ic的热门位置

与电阻器配合使用，电容器就可以起到滤除高频信号的作用。这被称为RC过滤器。当与电感器结合使用时，帽可以用来减少电压上的纹波。它们通常以这种方式在开关模式电源的输出引脚上配对。那就是LC滤波器。

电感器抵抗电流的变化。它们也被称为线圈，因产生磁场而臭名昭著。将电感器放在铁氧体铁心的两侧将产生变压器。根据两边线圈的数量，变压器可以增加或减少所提供的电压。PCB具有所有必要的成分，具有自己的电阻，电容和电感。通常情况下，这是故意的，但也经常不是。

二极管是另一种无源器件。它们就像道路上的单向标志。二极管有各种用途，包括静电放电抑制。当有一个面向外界的连接器时，ESD二极管是常见的。他们在静电击穿有源电子设备之前将静电分流到地面。

活动组件——动作开始的地方

有源元件是集成电路，简称ic。他们需要一个电压和信号引脚，以便做他们的事情。晶体管是最基本的有源元件。你仍然可以买到三针封装的单晶体管。最初的晶体管是真空管。

现代晶体管是用比可见光波长小两个数量级的硅制成的。这意味着永远不会有足够强的镜头来观察实际的电路。我们用电子扫描显微镜推断它们的存在。

世界上的晶体管是否比天上的星星还多，这是有争议的。你的口袋里可以轻松装上十亿个晶体管。如果你只有这些，那你最好迎头赶上!一些设备超过了10,000,000,000个门。电路板上的部件非常惊人。

表面安装vs.镀通孔组件

除了无源和有源，组件也分为表面贴装和镀通孔技术。表面贴装技术(SMT)是绝大多数可用部件。镀通孔(PTH)技术仍然与连接器有关，可以与PCB建立更强的机械结合。

老式的双内联包(DIP)类型仍然可用。在许多应用中，它们仍然是足够的。你可以拿一个DIP封装，把它倒过来粘到电路板上，这是一个“死bug”的解决方案。电线焊接在腿上，你就可以开始跑步了。这些轴向引线通孔电阻与他们的颜色代码带是一个伟大的工具，在一个简单的布局，以消除交叉连接。

制造商和原型设计可以发现PTH组件的好处。它们的规模比SMT组件更容易进行返工和修补。另一方面，批量生产的产品依赖于表面贴装技术。装配机器是为精确地将它们放置在PCB上所需的紧密注册而设计的。回流炉也有利于SMT工艺。批量生产时，建议不要将两种类型混合使用。

图2。注意通孔组件引脚相对于SMD电阻网络和堆叠连接器的间距。

在任何情况下，PCB设计都需要针对每种不同的封装类型使用特定的几何形状。虽然有一些标准化，但也有大量不同的软件包。晶体振荡器在不同频率下的大小似乎略有不同。包装尺寸是决定操作特性的部分因素。

模拟芯片也在它们自己的世界里。它们可能基于JEDEC(1)标准，但是会遇到很多变量。即使是“标准”球栅阵列(BGA)包也会有一些随机的引脚被移除。对于设计人员来说，这意味着组件占用空间库永远不会完成。

库足迹-如何创建虚拟部分

典型的库部件将确定可焊焊盘的尺寸和位置。PTH部件还包括一个足以清除销钉的钻头直径。两者都需要一个阻焊口，通常比金属焊盘的尺寸大一点。精确的扩展将比整个衬垫尺寸大50到100微米。有些情况下，有必要翻转几何形状，使用比金属小的掩模尺寸。阻焊焊盘是典型的细间距器件，在这些器件中，没有足够的空间在引脚之间铺设一个可行的锡坝。

库占用空间还将表示“装配图”中组件的实际大小。轮廓可以再画一点，远离零件的实际轮廓丝印。引用指示符的占位符也将是程序集和丝印的一部分。任何极化组件的一个重要部分是显示该部件的方向。它可以是销钉、正极、阴极或任何决定旋转的特征。

研究生院区

更多的数据可以追加到足迹，包括包装高度，任何保持连接部件和粘贴模板开口，步骤模型，或任何其他生产所需的。各个部件的起源通常是身体的中心。这些数据被输入到拾取机器中，因此使用一致的方法定义组件是一个好主意。

PCB不能比底层的足迹几何更好。忠实地重新创建组件供应商的数据表和应用程序说明中包含的信息是有好处的。大多数集成电路都有一些关于对功能至关重要的无源器件放置的具体信息。不要认为现有的足迹是理所当然的，如果有任何机会，它没有被设计成它应该是。

组件足迹可以生成(或购买)三种不同的尺寸;最小值，标称值和最大值。最小尺寸是有用的高密度或电容较大的垫是不可取的。标称是一般的用例，最大值使您获得更高的可靠性并增强返工。在大多数情况下，默认值应该是名义值。

这位设计师这些天被宠坏了。没有对不起。组件供应商在一系列CAD格式中创建其设备的足迹。如果他们不这样做，那么有很多服务会为你留下足迹。他们甚至会加入3D模型，让效果图看起来更真实。你把材料清单交给他们，他们会根据一些预设参数给你模型。更改一个参数并生成一个全新的库。

如果你足够幸运，有一个内部图书管理员，那么他们就是被溺爱的人。图书管理员总是有一个后备需求。他们(或你)仍然必须在使用前检查几何形状。管理从原理图和仿真到布局和实体模型的所有底层数据需要有人(像您一样)在球上。

对射频链使用最小值和其他地方使用标称值的混合可能很有诱惑力。这会使装配线混乱。他们可以将过程调整为一个尺寸，但不能调整为两个或三个尺寸。他们可以拉动的杠杆与粘贴孔的大小和焊接过程的轮廓有关。花一定的时间来提高温度，然后在回流温度下停留一段时间。面包师可以做饼干或蛋糕，但不可能同时做这两件事，而且效果很好。焊接零件在这方面是类似的。