给出一篇写得很棒的PCB设计入门教材

阳光灿烂的日子

PCB设计通常没有得到硬件设计工程师足够的重视。然而PCB设计的确是一项非常需要创造性和艺术性的工作。
这篇文章向您展示了如何才能设计出一个“好”的PCB。
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我觉得这篇文章写得非常好，打算将其翻译成中文，以惠及更多同仁。

Chanteur

^_^，好！期待大作！

阳光灿烂的日子

PCB设计教程

作者：David L. Jones
Email: david@alternatezone.com版本A - 2004年6月29日
这篇教程的最新版本可以在 http://www.alternatezone.com/ 找到
对教育和个人使用免费发布。

简介

你已经设计好你的电路，甚至已经在面包板上做出了一个可以工作的原型，现在是时候把它变成一个漂亮的印制电路板(PCB)了。对于某些设计者而言，PCB设计是设计流程的一个自然并且容易的延续。但是对于其他许多人来说，设计并且布置一个PCB是一件非常令人畏惧的任务。有许多非常有经验的电路设计者对PCB设计知之甚少，而把这项工作留给专业的PCB设计“专家”（与其本人相比）。许多公司甚至有他们自己的专门的PCB设计部门。这并不奇怪，考虑到把成百的器件和成千的走线布置到一个错综复杂（有人说是精美）的满足种种物理和电器的要求的设计中，需要大量的知识和聪明才智。良好的PCB设计通常是一个设计的基本组成部分。在许多设计（近举几个例子：高速数字，低电压模拟和射频）中PCB设计可以成就或者毁掉整个设计的正常运转和电气性能。必须提醒的是PCB走线具有电阻、电感和电容，正如你的电路一样。
发表这篇文章的目的是希望消除一些PCB设计的神秘性。它给出了如何用专业的方式设计和布局你的PCB的一些建议和经验法则。然而，尝试“教授”PCB设计是非常困难的。有许多基本规则和好的经验可以遵循，但除此之外PCB设计是一个具有高度创造性和独立性的过程。就像是尝试去教授某人如何画画。每个人都会有自己统一的风格，即便一些人根本没有创造的天赋！
事实上，许多PCB设计者喜欢把PCB布局当作一项艺术来看待，推崇美观和整洁。“如果看起来很好，也会工作的很好。”是一个过时的口号。
让我们开始吧，我们应该了解……
过去的岁月

回到计算机CAD之前的时代，PCB是在空白胶片底稿上用胶带和胶垫手工设计和布局的。伏身在荧光灯箱上，花费数个小时手工切割、摆放、擦除和描绘走线。Bishop Graphics，Letraset，甚至Dalo笔都是可能勾起温馨的，或不那么温馨的回忆的名字。那些日子真正完全过去了，因为基于计算机的PCB设计已经完全取代了这种方式，无任是在业余爱好者还是专业的电子工业中。基于计算机的CAD程序相比传统的技术在电路板设计和编辑方面允许极大的灵活性。原来需要几个小时的工作现在只需要几秒钟。
PCB程序包

市场上有许多PCB设计程序包可用，其中一些是免费软件，共享软件，或者是有元件数量限制的完整版。Protel是澳洲事实上的工业标准软件包。专业人员使用昂贵的高端的Windows平台的软件包，如99SE和DXP。业余爱好者使用优秀的免费的DOS平台的Protel AutoTrax软件，曾经在澳洲是高端软件包的选择之一。令人迷惑的是，有另外一个Windows平台的软件包也叫做AutoTrax EDA。这和Protel软件没有一点关系。
这篇文章并不是专注于任何一种软件包的使用，因此这份资料可以应用到几乎任何可用的PCB软件包。然而有一个明显的例外。用一个只有PCB的软件包，没有原理图的功能，从专业意义上来说，大大限制了你可以用这个软件包做什么。许多下面将要描述的更高级的技术需要使用一个合适的原理图编辑程序。这将在需要的时候进行解释。
标准

几乎PCB设计的每个方面都有工业标准。标准由原来的Istitute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits，现在简称为IPC（www.ipc.org）。PCB设计的每个方面都有一个IPC标准，生产，测试以及其它任何你可能需要的。包含PCB设计的主要文档是IPC-2221，“Generic Standard on Printed Board Design”。这个标准取代了旧的IPC-D-275标准（也是Military Std 275），用于过去的半个世纪。
当地的国家也有他们自己的各式各样的关于PCB设计和制造方面的标准，但是大体上IPC标准在全球被接受为工业标准。
印制电路板（Printed Circuit Boards）也称为（有人认为更准确）印制线路板（Printed Wiring Boards），或者简称印制板（Printed Boards）。但在这篇文章中我们选择更通用的术语PCB。
原理图

在你开始设计你的PCB之前，你必须有一份完整的、准确的原理图。许多人在除了他们头脑中，或者画在零散的便笺上，没有管脚号也没有条理的电路之外什么都没有的情况下直接投入PCB设计。这不是很好，如果你没有一份准确的原理图，那么你的PCB很可能以一团糟收场，并且花费双倍的时间。
“Garbage-in, garbage-out”(注1）经常被引用，并且同样适用于PCB设计。PCB设计是你的原理图的成品版，因此PCB设计受到原理图的影响是很自然的。如果你的原理图简洁、逻辑性强并且布局清晰，能使PCB设计工作容易许多。好的做法是让信号从左边的输入流至右边的输出。对于重要的电气部分，以设计者期望它们被摆放在PCB上的样子，正确地画出。比如把旁路电容紧靠器件放置。原理图上帮助布局的小的注释是非常有用的。举例来说，“这个管脚需要一个接地的保护线”，让设计电路板的人非常清楚需要采取何种预防措施。即便是你自己设计电路和绘制原理图，注释不仅在设计电路板时提醒你自己，并且对评审设计的人也是有用的。
你绘制的原理图的确应该考虑到PCB设计。
关于好的原理图的详细讨论超出了本文的范围，因为这需要一整篇的文章。

英制与公制

关于PCB设计最先应该了解的是使用什么计量单位以及它们的一般术语，因为它们会非常令人费解。正如任何一个资深的PCB设计师会告诉你的一样，在设计PCB时你应该总是使用英制单位（比如英寸）。这不仅是为了怀旧，即便那是个主要的原因。大多数的电子元件是（并且仍将是）用英制的管脚间距制造的。因此没有必要固执地拒绝使用公制以外的任何单位，公制将使电路板布局非常困难和零乱。如果你很年轻，是在公制年代长大的，那么你最好开始学习什么是英寸以及如何进行转换。关于PCB设计的一句古老的格言是：“thou shall use thous”（注2）。有点令人困惑，除非你知道什么是“thou”。1“thou”是1/1000英寸，且被PCB设计人员和制造商普遍使用和认可。因此开始练习用“10 thou 的间距”和“25 thou 的格点”说话，你立刻就听起来像个行家！现在你理解了什么是thou，我们将引出工作中的另一个术语“mil”（或“mils”）。1“mil”与1 thou完全相同，注意不要与跟“mil”同音的millimeter（mm）混淆。术语“mil”从1 thou来，等于1 mili inch。一般的规则是避免使用“mil”而坚持使用“thou”，当你试图向使用公制的非PCB设计人员解释PCB尺寸时不会引起混淆。一些PCB设计人员会告诉你不要对于任何与PCB设计有关的东西使用公制的毫米。然而在现实世界中，你将不得不同时使用英制（thou）和公制（mm）。那么何种情况下使用何种单位呢？通常的原则是将thou用于走线、焊盘、间距以及格点，这些是你基本的“设计和布局”需求。仅仅将mm用于“机械和制造”之类的需求，比如孔径和板子尺寸。你会发现许多PCB制造商也遵循这些基本的准则，当他们要求你提供订单的详细情况时。绝大多数制造商使用公制的钻孔尺寸，因此指定英制尺寸的孔径的确会使生产达不到预期并且容易导致错误。让问题更加混乱的是，有许多器件（一个例子是新型的表贴元件）有着公制管脚间距和尺寸。因此你将不得不经常用公制的格点和焊盘来设计一些器件的封装。许多器件手册也会有公制的尺寸，即便（管脚）间距被设计成适合英制的格点。如果你在一个器件中看到一个“怪异的”公制尺寸比如1.27mm，你能非常肯定实际上它有个对等的精确的整数英制尺寸。在这个例子里1.27mm是50thou。是的，PCB设计可以是令人困惑的！因此无论如何在PCB设计中不得不做的是你需要成为一个英制到公制，反之亦然，转换的专家。但是为了使事情变得容易些，所有主要的PCB设计软件包都有一个单独的“热键”在英制和公制单位之间立即进行转换（例如Protel中的“Q”）。如果你记住一些关键转换，比如 100 thou (0.1 inch) = 2.54 mm，以及 200 thou (0.2 inch) = 5.08 mm 等等，会大有帮助。100 thou 及更大的值通常用inch来表示而不是thou。因此0.2 inch比200 thou更常用。1英寸也通常被认为是1“孔距”。因此常常会听到“0.1英寸孔距”之类的表述，或者更简单，“0.1孔距”，假定以英寸为单位。这在器件的管脚间距中经常用到。100 thou是关乎PCB设计方方面面的基本“参考点”，大量的常用器件的管脚间距是这个基本单位的倍数或分数。50和200 thou是最常用的。随着世界其它地区，IPC标准已经全部公制化了，仅仅偶尔会引用到英制单位。但是PCB业界还没有真正地转变。旧的习惯是很难消亡的，并且英制仍然在实际使用中占据统治地位。
 
注1：这句话出自计算机工业，意思是你不能指望计算机有正确的输出，如果你给出一个很糟糕的输入。直观的理解就是你送垃圾进去，出来的也必将是垃圾。不过翻译成中文实在是太难了。
注2：这里第一个“thou”是古英语中的“you”，第二个“thou”是PCB设计中的常用单位th，也就是mil，1 th = 1 mil = 0.001 inch。那么连起来就是“你应该使用mil”。
 

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今天太晚了，明天继续

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很抱歉最近非常忙，没有时间来翻译。国庆以后会空一点，相信届时可以比较连贯地将整篇文章译出。

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