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[TOC]

# PCB(Printed Circuit Board)基礎知識

## 定義與材料組成
- 組裝電子零件使用的基板，以板上的銅箔連接形成電路
- 基板最常使用FR-4等級作為材料，多為玻璃纖維與環氧樹脂混和物

## PCB結構

- **層數**
- 電路板由銅箔與基板疊加而成
- 單面板 : **銅**-基材
- 雙面板 : **銅**-基材-**銅**-基材-**銅**
- 多面板(偶數層，張力平衡需求) : **銅**-基材-**銅**-....-**銅**-基材-**銅**
- **過孔 (Via)**
- 主要用於連接不同層的電路或固定，不用於焊接
- **通孔 (Through-Hole Via)** :
- 貫穿所有層
- PTH (Plated-Through-Hole) : 通孔內鍍有銅，可連接不同層電路
- NPTH (Non-Plated-Through-Hole) : 孔內無鍍銅，for 機械固定使用，可能是加工需要或電路板的鎖點使用
- **盲、埋孔** :
- 用於多層板，過孔無完全貫穿電路板，可能在內部或僅從外層穿到中間層
- **焊盤 (Pad)**
- 焊接並固定、連接元件用
- 表面安裝焊盤 (SMD Pad)用於貼片元件
- 通孔焊盤 (Through-Hole Pad)用於直插式元件，中間有通孔穿過，孔可選擇是否要鍍銅
- [通孔焊盤與一般通孔區別](https://bbs.elecfans.com/jishu_1696179_1_1.html)
- **阻焊層 (Solder Mask)**
- 在電路板最外覆蓋銅箔的一層，用於保護銅箔(氧化、短路、焊接失誤等等)
- 通常為綠色，俗稱綠漆
- 有時過孔可以覆蓋阻焊層，但焊盤絕對不行
- **絲印 (Silk screen)**
- 主要功能是在電路板上做各種標註，方便辨識用

# Altium Designer使用
- [官方影片Altium Designer 19《PCB基礎課程》](https://www.youtube.com/playlist?list=PLmCC-U72tFV54NJ8kK1GG1ZembxTVsgYn)
- [官方影片Altium Designer 19《電路圖基礎課程》](https://youtube.com/playlist?list=PLmCC-U72tFV4N_LsQRHTYEsj32y8Xmcv4&si=6alkS_2EdjTGFci4)
- 17版可參考曲靖淳學長錄製的影片

# PCB 設計 with Altium Designer

## 大致設計流程
0. **新增四個檔案並儲存**
- .PcbLib (如果需要)
- .SchLib (如果需要)
- .SchDoc
- .PcbDoc

1. **確認需要的電路元件與使用的封裝 (Footprint)**
- 如果預設零件庫沒有對應元件，則需要自定義並加入到自己的.SchLib與.PcbLib檔
- .SchLib放元件符號(原理圖中使用)，.PcbLib放使用的封裝(PCB佈局使用)
- 為了讓軟體從原理圖的符號連接直接生成佈局的封裝連接，.SchLib中的每個元件都綁著一個.PcbLib內的封裝，記得確認是否綁定正確
- 示例 : 不同元件可能互為:
相同電路符號a、a，相同封裝c、c : 原理圖中可用同一個元件 - a綁c
相同電路符號a、a，不同封裝c、d : 原理圖中用兩個元件 - a綁c、a綁d
不同電路符號a、b，相同封裝c、c : 原理圖中用兩個元件 - a綁c、b綁c
不同電路符號a、b，不同封裝c、d : 原理圖中用兩個元件 - a綁c、b綁d
- 元件符號與封裝的綁定需注意腳位的編號順序是否與實體一致、
4. **原理圖 (Schematic Diagram) 設計**
- 原理圖僅針對電路元件和電氣連接做展示，以符號、標註表示元件與特定訊號接線，不需考慮物理尺寸和具體佈局
- Altium 的 .SchDoc檔就是設計原理圖的地方，從預設零件庫或.SchLib檔引入需要的零件
- 記得確認電氣連接、元件引腳編號、接口 (Port)和網路標籤 (Net Label)等是否都正確

4. **PCB佈局 (PCB Layout) 設計**
- Altium 的 .PcbDoc檔就是設計PCB佈局的地方
- 設置設計規則 (Design Rule)
- 設置板材大小和形狀
- 用altium從原理圖連接生成封裝連接
- 考慮[信號完整性](#PCB-Layout與信號完整性)、製造限制等擺放元件、佈線 (Routing) 與鋪銅 (Copper Pour)，同時需要考慮物理尺寸和具體佈局是否合理，譬如正反面與元件位置、焊接方向等等
- 用設計規則做檢查(Design Rule Check)
4. **製造檔案輸出 (Gerber Files)**
- 輸出PCB加工需要的檔案
## 其他Altium 或 Layout知識
- Altium 技巧
- [Altium Designer - 電路板設計規則錯誤與設定](http://science-boy-not-difficult.blogspot.com/2018/10/altium-designer.html)
- PCB轉NC Drill時，若同時有兩種形狀的孔時，會出現兩個Text文字檔，會使得刻電路的程式不能讀取
- PCB檔keep out line 沒有畫完整，會導致電路板鑽孔時歪斜
- 自己找

- Layout 知識
- PCB layout 英制常用 inch (2.54cm) 或 mil (0.001 inch)

- PCB layout資源分享
- [有很多library，要用到的話可以先到上面找找看，不過記得還是稍微檢查一下尺寸和腳位編號。](https://www.snapeda.com/home/)

- PCB設計時銅箔厚度，走線寬度和電流的關係
- 實驗室目前所購買之銅箔為0.5盎司(2022/08/22更新)數據來源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment，線寬單位：Inch
- [PCB 走線寬度計算器](https://www.digikey.tw/zh/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-pcb-trace-width)
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# PCB Layout與信號完整性
- 信號完整性問題為一大研究課題，無考慮信號完整性下設計的電路板會經常發生難以解釋的"靈異事件"，那你只能請<font color="#1adb21">乖乖</font>了
- 有這類問題的原因多為電磁干擾、信號反射造成，這些能在Layout時避免
- 新訓遵守最常見的佈線[角度限制](https://cloud.tencent.com/developer/article/1819784)即可，即盡量以鈍角走線，製作其他高速電路板時可參考王老師的信號完整性課程與講義

# 實驗室雕刻機與設計注意事項
- 實驗室雕刻機最多只能做雙層板，且通孔或通孔焊盤無法鍍銅，需達到孔內鍍銅效果，可將孔以鐵絲穿過焊接連接上下層板，但此方法表示該孔無法置於元件正下方
- 由於實驗室製作使用雕刻方式消除銅箔，因此銅線的寬度與現場鑽頭調適相關，銅線的最小寬度受到一定的限制，設計時須注意
- Gerber Files生成選取Top、Botton、Keep out三層檔案，外加生成鑽頭檔案NC Drill Files

# 新生訓練Layout項目說明

## 項目(1) : 請依規格自行 layout 出燒錄轉接板

- 材料
1. 10k 電阻
2. 排針 1*2
3. 排針 1*4
4. 排針 2*5

- footprint
1. AXIAL-0.4
2. HDR 1X2
3. HDR 1X4
4. HDR 2X5

- 電路圖

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## 項目(2) : 請自行 layout 出以下功能的擴充板

- 材料
1. 七段顯示器
2. 蜂鳴器 5mm (無源)
3. 四顆按鈕(pull up x2、pull down x2)
4. 可變電阻
5. 伺服馬達
6. 直流馬達腳位輸出

- footprint
1. LED-SEG-TH_HDSP-A
2. KEY-TH_4P-L6.0-W6.0-P4.50-LS7.5

- 電路圖