作者： Saint
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收音机（二）

6. 电子电路基础知识
通常意义上说的电路板指的就是印刷电路板，即完成了印刷线路或印刷电路加工的板子，包括印刷线路和印刷元器件或者由两者组合而成的电路。

具体来讲，一个完整的电路板应当包括一些具有特定电气功能的元器件，以及建立起这些元器件电气连接的铜箔、焊盘及过孔等导电器件。

①电路板的组成
印刷电路板就是连接各种实际元器件的一块板图。印刷板是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜构成的敷铜板。
然后根据具体的PCB图的要求，在敷铜板上蚀刻出电路板图的导线，并钻出印刷板安装定位孔及焊盘，做金属化处理，以实现焊盘和过孔的不同层之间的电气连接。

印刷板设计效果如图6所示。

               图6 印刷电路板

焊盘 用于安装和焊接元器件引脚的金属孔。
过孔 用于连接顶层、底层或中间层导电图件的金属化孔。
安装孔 主要用来将电路板固定到机箱上，其中安装孔可以用焊盘制作而成，图6所示安装孔由焊盘制作而成。
元器件 这里指的是元器件封装，一般由元器件的外形和焊盘组成。
导线 用于连接元器件引脚的电气网络铜箔。
接插件 属于元器件的一种，主要用于电路板之间或电路板与其他元器件之间的连接。
填充 用于地线网络的敷铜，可以有效地减小阻抗。
电路板边界 指的是定义在机械层和禁止布线层上的电路板的外形尺寸制板。最后就是按照这个外形对电路板进行剪裁的，因此用户所设计的电路板上的图件不能超过该边界。

②电路板的电气连接方式
电路板内的电气构成主要包括两部分，即电路板上具有电气特性的点（包括焊盘过孔以及由焊盘的集合组成的元器件）和将这些点互连的连接铜箔（包括导线、矩形填充和多边形填充）。

具有电气特性的点是电路板上的实体，而连接铜箔是将这些点连接到一起实现特定电气功能的手段。

总的来说，通过连接铜箔将电路板上具有相同电气特性的点连接起来，实现一定的电气功能，然后再将无数的电气功能集合便构成了整块电路板。

以上介绍的电路板电气构成属于电路板内的互连，还有一种电气连接是属于板间互连，指的是多块电路板之间的电气连接，主要采用接插件或者接线端子来实现连接。

③板层结构和工作层类型
根据印刷电路板的结构不同，印刷电路板可分为多种板层类型，并根据板层的要求在设计电路板时分别定义信号层、内部层和防护层等工作层类型。
印刷电路板层结构
印刷电路板常见的板层结构包括单层板（Single Layer PCB）、双层板（Double Layer PCB）和多层板（Multi Layer PCB）3种，下面对这3种板层结构进行简要介绍。
单层板
单层板（Single Layer PCB），即只有一面敷铜而另一面没有敷铜的电路板，通常元器件放置在没有敷铜的一面，敷铜的一面主要用于布线和焊接，如图7所示。

          图7 单层板结构示意图

双层板
双层板（Double Layer PCB），即两个面都敷铜的电路板，通常称一面为顶层（Top Layer），另一面为底层（Bottom Layer）。一般将顶层作为放置元器件面，底层作为元器件焊接面，如图8所示。

          图8双层板结构示意图

多层板
多层板（Multi Layer PCB），即包含多个工作层面的电路板，除了顶层和底层外还包含若干个中间层，通常中间层可作为导线层、信号层、电源层和接地层等。

层与层之间相互绝缘，层与层的连接通常通过孔来实现。图9所示为四层板结构的电路板，这个四层板除了顶层和底层外，还有一个中间地层和一个中间电源层。

          图9 多层板结构示意图

Altium Designer支持多达74层板的设计，但在实际应用中，六层板就已经基本满足电路设计的要求，板层过多将给设计带来更多的麻烦，并且造成很大的浪费。

印刷电路板的工作层类型
印刷电路板包括许多类型的工作层面，如信号层、防护层、机械层、丝印层和内部电源层等，下面针对主要工作层的作用进行简要介绍。

信号层 主要用来放置元器件或布线，通常包含30个中间层，即Mid- Layer1～Mid-Layer 30，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，如图9所示显示信号层数。
防护层 主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡，从而保证电路板运行的可靠性。
机械层 系统共提供了16个机械层（Mechanical 1~Mechanical 16），主要用于放置电路板的边框和标注尺寸，一般情况下只需要一个机械层。
丝印层 主要用来在印刷电路板上印上元器件的流水号、生产编号和公司名称等。
内部电源层 主要用来作为信号布线层，Altium Designer中共包含16个内部电源层。
其他层 包括4种类型的层，其中钻孔方位层（Drill Guide）用于印刷电路板上钻孔的位置；禁止布线层（Keep-Out Layer）用于绘制电路板的电气边框；钻孔绘图层（Drill Drawing）主要用于设定钻孔形状；多层（Multi-Layer）用于设置多面层。

④元器件封装的基本知识
所谓元器件封装，是指元器件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形和焊点位置的关系。它不仅起着安放、固定、密封和保护芯片的作用，而且是芯片内部世界和外部沟通的桥梁。

不同的元器件可以有相同的封装，相同的元器件也可以有不同的封装。因此在进行印刷电路板设计时，不但要知道元器件的名称、型号，还要知道元器件的封装。常用的封装类型包含以下两种类型。

直插式封装
该封装形式是指将元器件的引脚插过焊盘导孔，然后进行焊接，如图10所示。值得注意的是，在采用直插式封装设计焊盘时应将焊盘属性设置为多层（Multi-Layer）。

表贴式封装
该封装形式是指元器件的引脚与电路板的连接，仅限于电路板表层的焊盘，如图11所示。

         图10 直插式封装元器件外观 

图11表贴式封装元器件外观