第2节- PCB设计:组件

这是为PCB设计师和那些可能想了解更多的人准备的返校系列的第二部分。

内容

组件
无源元件-电路的基本构件
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
研究生区

组件

PCB的好坏取决于它的各个部分的总和。组件以各种方式进行分类。一种方法是将零件识别为任意一种被动还是主动．无源部件是基本的构件，例如电阻、电容器和电感。通常，它们有两个引脚，但也可以在一个封装中封装几个单独的电路。电阻包是最常见的被动式元件，被收集成组。

无源元件-电路的基本构件

电阻广泛用作分压器和端子。它们也被用作上拉和下拉，其思想是将集成电路引脚绑定到高或低逻辑状态。它们的测量单位是欧姆，额定功率和公差。

电容器由两块金属板构成，中间夹有介电材料。当一根导线系在地网上时，它们可以用来储存少量的能量。它们就像一个小的电子桶，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，但大多数帽子远小于1法拉。微法拉和皮法拉是印刷电路板上常见的测量单位。它们具有额定电压，公差和等效的串联电阻或ESR。超级电容有点像电池，因为它们可以储存大量的能量。

图1。次要端是无源组件和轻量级集成电路的流行位置

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，可以使用帽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。这就是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。把电感放在铁氧体铁芯的两侧就会产生变压器。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具有其自身的电阻、电容和电感的所有必要成分。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二极管很常见。他们在静电破坏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。你仍然可以买到一个三针封装的晶体管。最初的晶体管是真空管。

现代晶体管是在比可见光波长小两个数量级的硅中制造的。这意味着永远不会有一个足够强的透镜来观察实际的电路。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空中的星星还多，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，那你最好赶上来!有些设备的门数超过了100亿个。电路板上的部件非常惊人。

表面安装vs.镀通孔组件

除了无源和有源外，组件还分为表面贴装和镀通孔技术。表面贴装技术(SMT)是绝大多数可用零件。镀通孔(PTH)技术仍然与连接器有关，以便与PCB形成更强的机械结合。

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包，把它颠倒过来，然后把它粘在电路板上，这是一个“死虫子”的解决方案。把电线焊接在腿上，你就可以跑了。那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，在一个简单的布局中解开连接。

制造商和原型设计可以发现PTH组件是有益的。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。组装机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。对于大规模生产，建议不要将这两种类型混合使用。

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设计都需要为每种不同的封装类型提供特定的几何形状。虽然有一些标准化，但也有大量不同的软件包。晶体振荡器的大小似乎对每个频率都略有不同。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板的尺寸和位置。PTH部件还包括一个钻头直径，足以清除销。两者都需要一个焊锡掩膜开口，通常比金属焊盘尺寸稍大。确切的膨胀将超出整个衬垫尺寸50到100微米。在某些情况下，需要翻转几何图形以使用比金属尺寸更小的蒙版。阻焊板是典型的细距设备，在这种设备中，在引脚之间没有足够的空间来铺设可行的焊坝。

库占用空间还将表示“装配图”中组件的实际大小。在丝网印刷时，轮廓可以再画得离零件的实际轮廓稍微远一点。引用指示符的占位符也将是程序集和丝印的一部分。任何偏振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和放置机器，因此拥有一致的定义组件的方法是一个好主意。

PCB不能比底层的占地几何更好。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位置的具体信息。不要认为现有的足迹是理所当然的，如果有任何机会，它不是设计为它应该。

组件足迹可以生成(或购买)三种不同的大小;最小值、标称值和最大值。最小尺寸适用于高密度或不需要较大衬垫的电容的地方。标称是一般的用例和最大为您提供更高的可靠性和提高返工。在大多数情况下，默认值应该是名义值。

这位设计师近来备受宠爱。没有对不起。组件供应商以一系列CAD格式创建其设备的足迹。如果他们不这样做，那么有很多服务会为你产生足迹。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，那么他们是一个(s)被溺爱。图书管理员总有办法应对泛滥的需求。他们(或你)在使用前仍然必须检查几何形状。管理从原理图和模拟到布局和实体模型的所有底层数据需要一个聪明的人(比如你)。

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膏体孔径的大小和焊接工艺的轮廓有关。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，但不能同时做两者，而且效果很好。焊接零件在这方面是类似的。