1.2　电路板设计的基本概念

本节介绍电路板设计的基本概念，包括EDA（电子设计自动化）和PCB（印刷电路板）等。

1.2.1　EDA（电子设计自动化）

EDA是Electronic Design Automation这三个英文单词的首字母缩写形式，其含义为电子设计自动化。EDA可以简单地理解为使用计算机进行电路设计的技术。从20世纪90年代初以来，EDA从计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Testing，CAT）和计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）等概念发展而来。EDA技术指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果，而研制的电子CAD通用软件包，辅助进行电子电路的仿真、可编程逻辑器件设计、电路板设计和集成电路设计等工作。

早期的EDA技术专门用于PLD（Programmable Logic Device，可编程逻辑器件）、CPLD（Complex PLD，复杂可编程逻辑器件）、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电器）等元器件的设计领域，只有专业人士才会接触。后来，随着计算机技术和电子技术的进步，EDA技术逐渐深入到电子设计的各个领域，在电路板设计、电路仿真等领域也被广泛应用。

EDA软件可以分为5类：电路仿真软件、电路板设计软件、CPLD和FPGA设计软件、单片机程序的仿真软件和集成电路的设计软件。

1．电路仿真软件

电路仿真软件指在计算机上进行电路设计，通过仿真分析，获得实际的信号波形、关键点的电流和电压等参数。使用电路仿真软件进行电路功能的验证，能够非常方便地修改设计电路，以获得最佳的设计效果。这种仿真方法不需要制造实际的电路板，节省了电子元器件的购买费用，能够直接发现电路设计中出现的问题，缩短了开发周期。在没有出现电路仿真软件之前，一般要制造电路板、进行电子元器件的焊接和电路测试，才能获得电子系统的工作参数。在发现电路存在的缺点后，需要重新设计电路的原理图，重新制造电路板、焊接电子元器件和进行电路测试，直至设计成功，因而设计成本高、开发周期长。电路仿真软件的出现，很好地解决了这一问题。利用电路仿真软件，开发人员可直接在计算机上进行电路设计，然后通过仿真分析就能获得实际的信号波形及关键点的电流和电压等参数，而且可以非常方便地修改电路，以便获得最佳的设计效果。由于电路仿真不需要制造实际的电路板和购买电子元器件，因此节约了设计费用，缩短了开发周期。

常用的电路仿真软件包括MultiSim、PSPICE等。电路仿真软件能够进行模拟电路、数字电路以及混合电路的仿真。电路仿真软件的仿真功能十分强大，几乎可以100%仿真出真实电路的效果。电路仿真软件的器件库包含许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片。器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入。同时，电路仿真软件提供了万用表、示波器、信号发生器和逻辑分析仪等测试仪器，工程师可以方便地测试各种电路参数。

2．电路板设计软件

电路板设计软件指使用计算机进行印刷电路板的辅助设计，工程师把电路板图交给电路板生产厂家，进行电路板的加工制造。常用的电路板设计软件包括Altium Designer、PADS、Allegro、OrCAD和Mentor等。Altium Designer软件早期版本的名称是Protel，PADS软件早期版本的名称是PowerPCB。这些软件由不同的公司开发，大部分的功能是相同的。一般来说，为了提高工作效率，一个公司的所有工程技术人员使用同一个类型的电路板设计软件。在出现电路板设计软件之前，硬件工程师需要告诉电路板生产厂家电路板的详细参数；而使用电路板设计软件之后，使用此软件画出的电路板图包含电路板的所有参数，因此提高了工作效率，减少了硬件工程师和电路板生产厂家之间的沟通环节。

Altium Designer软件的界面如图1-7所示，OrCAD软件的界面如图1-8所示。

3．CPLD和FPGA设计软件

在对CPLD和FPGA进行编程时，需要使用专门的设计软件，例如ALTERA公司的Quartus软件和XILINX公司的ISE软件。这些软件的编程语言包括Verilog语言和VHDL语言等。

4．单片机程序的仿真软件

常见的单片机程序仿真软件是Proteus软件。此软件能够仿真单片机及其他常见电子元器件的工作运行情况，能够进行单片机代码的调试和运行工作。此软件支持常见的处理器模型，包括8051、HC11、PIC10、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列等处理器。

5．集成电路的设计软件

集成电路的设计软件有很多种，用于集成电路芯片内部电路的设计。常用的集成电路设计软件包括Cadence、Mentor Graphics、Synopsys和Tanner EDA等。集成电路设计软件的主要功能包括电路设计的输入、电路的仿真、把硬件描述语言转化为电路的综合功能、芯片内部的布局和布线、电路的物理验证。

1.2.2　PCB（印刷电路板）

PCB是Printed Circuit Board三个英文单词首字母的缩写形式，意思是印刷电路板。印刷电路板也称为电路板或线路板。

电路板由如下6部分组成。

（1）基板。基板指电路板中间的绝缘体，它使用的材料包括树脂和陶瓷等。

（2）铜箔导线。铜箔导线用于连接各个焊盘，即连接各个电子元器件的引脚。铜箔导线是由铜金属制作而成的。

（3）黏合剂。黏合剂用于黏合铜箔导线和基板。

（4）焊盘。在已经加工好的电路板上，银白色的对象就是焊盘，如图1-9所示。焊盘上面有锡金属，使用焊锡把电子元器件的引脚和焊盘焊接在一起。

（5）过孔。过孔用于连接电路板不同层的对象，如图1-10所示。

（6）定位孔。定位孔没有电路网络，它用于安装固定螺丝，起到固定电路板的作用，如图1-10所示。