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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:徐向民

出品人:

页数:405

译者:

出版时间:2008-11

价格:45.00元

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isbn号码:9787811245295

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《PCB设计：从原理到实践的系统指南》 简介 在当今电子产品飞速发展的时代，电路板（PCB）的设计与制造已成为核心技术之一。无论是智能手机、高性能计算设备，还是物联网传感器、医疗仪器，都离不开精密的PCB来承载和连接电子元件。然而，PCB设计并非易事，它涉及从抽象的电路原理图到物理布局、布线，再到最终可制造性的诸多环节。本书正是为 aspiring 的电子工程师、技术爱好者以及寻求深化PCB设计技能的专业人士量身打造的。它将带您踏上一段从基础理论到实际操作的全面探索之旅，为您构建坚实的PCB设计知识体系，掌握实用的设计方法与技巧，最终能够独立完成高质量的PCB项目。 本书并非仅仅介绍某一款特定的EDA（电子设计自动化）软件的操作指南，而是聚焦于PCB设计这一普遍适用的技术领域。我们相信，掌握了核心的设计理念、流程与方法，无论您未来选择何种工具，都能快速适应并高效工作。因此，本书将以通俗易懂的语言，深入浅出地讲解PCB设计的每一个关键环节，确保读者能够真正理解“为何”这样做，而非仅仅“如何”点击。 第一部分：PCB设计的基石——理论与概念 在开始实际设计之前，充分理解PCB设计所依赖的基础理论至关重要。本部分将从最基础的电路知识出发，逐步构建起对PCB设计世界的认知框架。 电子元器件基础与电路图阅读： 深入解析各种常用电子元器件的原理、符号及封装类型，这是理解电路功能和布局的基础。我们将学习如何准确阅读和理解复杂的电路原理图，识别元件之间的连接关系，判断电路的功能模块。内容将涵盖电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOSFET、运算放大器、集成电路（IC）等关键元器件的特性与应用。 信号完整性基础： 在高速数字电路和射频电路设计中，信号完整性（Signal Integrity, SI）是决定电路性能的关键因素。本节将介绍信号在PCB上传输时遇到的诸如反射、串扰、损耗、阻抗不匹配等现象，以及它们对信号质量的影响。我们将初步探讨信号完整性设计的基本原则，如阻抗匹配、屏蔽、接地策略等，为后续的设计实践奠定理论基础。 电源完整性基础： 稳定的电源供应是电路正常工作的生命线。本节将讲解电源完整性（Power Integrity, PI）的重要性，分析电源分配网络（PDN）中的电压跌落、噪声耦合等问题，并介绍如何通过合理的去耦电容布局、电源层设计等手段来提高电源的稳定性。 电磁兼容性（EMC）初步： 现代电子产品需要满足日益严格的电磁兼容性标准。本节将介绍EMC的基本概念，包括电磁干扰（EMI）的产生、传播和接收，以及电磁兼容设计的意义。我们将初步了解PCB设计中的EMC考量，如接地设计、滤波、屏蔽等，为设计出符合EMC要求的PCB打下基础。 PCB制造工艺概览： 了解PCB的制造流程，能够帮助设计者做出更符合实际制造能力的决策。本节将简要介绍PCB的层叠结构、基材选择、覆铜、蚀刻、钻孔、电镀、阻焊层、丝印等主要制造工艺。这将有助于理解设计规则（Design Rules, DR）的由来，并避免设计出难以制造或成本过高的PCB。 第二部分：PCB设计的流程与实践 掌握了基础理论后，本部分将带领读者进入PCB设计的核心实践环节，详细阐述从概念到成品的完整流程。 原理图设计（Schematic Capture）： 原理图是PCB设计的灵魂，它准确地描述了电路的功能和连接关系。本节将讲解如何使用EDA工具创建、编辑和管理原理图，包括元件库的构建与使用、导线连接、总线定义、层次化原理图设计方法、ERC（Electrical Rules Check）等。我们将强调原理图的清晰性、准确性和完整性，确保其作为后续PCB布局布线的可靠依据。 PCB布局（Board Layout）： 布局是将原理图中的元器件在PCB板上进行物理位置安排的过程。这是一个极具挑战性和创造性的环节，需要综合考虑电路功能、信号流向、热管理、EMC/EMI、电源完整性以及板卡尺寸和安装要求。本节将深入探讨各种布局策略，如关键器件优先布局、信号流布局、分组布局、模拟与数字区域划分、散热布局等。我们将详细讲解如何进行元器件的放置、旋转、翻转，以及如何处理特殊元件（如连接器、大功率器件）的摆放。 PCB布线（Routing）： 布线是将元器件引脚通过导线连接起来，形成实际电路的过程。本节将涵盖布线的基本原则，如最短路径、避免直角弯折、信号层与电源层的使用、差分对布线、高频信号布线、电源网络布线等。我们将介绍手动布线与自动布线的使用场景与技巧，并重点讲解多层板的布线策略、过孔（Via）的使用与优化、泪滴（Tear Drop）的应用等。 设计规则检查（DRC）： DRC是PCB设计过程中至关重要的一个环节，它能够自动检查PCB设计是否符合预设的设计规则，例如线宽、线距、孔径、焊盘尺寸、元件间距等。本节将详细讲解如何设置和理解DRC规则，以及如何有效地分析和修复DRC报告中的错误，确保PCB设计符合制造和性能要求。 差分信号与高速信号布线： 随着电子设备速度的提升，差分信号和高速信号的布线成为必须掌握的技能。本节将深入讲解差分对的匹配、等长处理，以及高速信号的阻抗控制、屏蔽、过孔优化等关键技术，确保信号在高速传输过程中的完整性。 电源与接地设计： 稳定可靠的电源和接地是所有电路正常工作的保障。本节将详细阐述电源完整性（PI）的设计原则，包括电源层的规划、去耦电容的选择与放置、接地策略（单点接地、星形接地、地平面）等，以最小化电源噪声和地弹效应。 热管理设计： 对于大功率器件或高密度PCB，有效的热管理是必不可少的。本节将介绍热量的产生来源，以及如何通过合理的元器件布局、散热器应用、铜箔散热、过孔阵列散热等设计手段来降低PCB的温度，延长产品寿命。 PCB后处理与可制造性设计（DFM）： 在完成PCB布局布线后，还需要进行一系列的后处理工作，以确保PCB能够顺利地进行制造和组装。本节将介绍如何生成 Gerber 文件、钻孔文件（Excellon）、物料清单（BOM）、坐标文件等制造所需文件，并讲解可制造性设计（Design for Manufacturing, DFM）的原则，例如避免斜边、设计合适的焊盘、考虑可测试性等，以降低制造成本和提高良品率。 PCB可测试性设计（DFT）： 随着PCB复杂度的增加，保证其可测试性变得越来越重要。本节将介绍可测试性设计（Design for Testability, DFT）的理念，包括测试点的规划、边界扫描（JTAG）的应用、ICT（In-Circuit Test）的考量等，以便于后续的生产测试和故障诊断。 第三部分：高级主题与进阶实践 在掌握了PCB设计的基础和核心流程后，本部分将带领读者探索一些更高级的主题和实际应用中的挑战。 射频（RF）PCB设计入门： 针对无线通信、雷达等领域，RF PCB设计有着独特的挑战。本节将介绍RF电路的基本概念，如传输线理论、阻抗匹配网络、RF元件的封装与布局考量，以及RF PCB设计中的特殊工艺要求。 柔性PCB（Flex PCB）与硬柔结合PCB设计： 随着电子产品的小型化和集成化，柔性PCB的应用越来越广泛。本节将介绍柔性PCB的材料选择、设计考量（如弯曲半径、应力处理），以及硬柔结合PCB的设计特点。 3D PCB设计与可视化： 现代EDA工具通常支持3D PCB设计，这有助于更直观地评估组件高度、碰撞情况以及与外壳的配合。本节将介绍如何利用3D模型进行设计和验证。 EDA工具的协同工作与版本控制： 在大型项目或团队协作中，有效的EDA工具协同工作和版本控制至关重要。本节将探讨如何组织项目、管理库、进行多人协作以及使用版本控制系统。 实际项目案例分析： 通过分析一些典型的PCB设计案例，例如一款消费电子产品的主板、一款高性能服务器的PCB、一款小型嵌入式设备的PCB等，读者可以更直观地学习如何在实际项目中应用所学的知识和技巧，并了解不同应用场景下的设计重点与权衡。 未来趋势展望： 简要介绍PCB设计领域的前沿技术和发展趋势，如人工智能在PCB设计中的应用、先进封装技术、微孔技术、无卤素PCB等，帮助读者保持对行业发展的敏感度。 本书特色 体系化讲解： 本书从最基础的理论概念开始，循序渐进地引导读者掌握PCB设计的全貌，形成系统性的知识体系。 强调“为何”与“如何”： 不仅仅是工具的操作指南，更侧重于讲解设计背后的原理与逻辑，让读者知其然，更知其所以然。 理论与实践结合： 理论讲解深入浅出，并通过详细的流程和案例分析，帮助读者将理论知识转化为实际设计能力。 普适性： 本书聚焦于PCB设计的通用方法与原则，不局限于特定软件，使读者掌握的知识具有广泛的应用性。 面向实战： 内容紧密结合工程实践，涵盖了从初学者到进阶者在实际工作中可能遇到的各种问题与挑战。 谁适合阅读本书？ 电子工程专业学生： 作为课堂学习的有力补充，帮助理解课程内容，并为未来的职业生涯打下坚实基础。 初级电子工程师： 帮助快速掌握PCB设计技能，提升工作效率和设计质量。 硬件开发爱好者： 学习如何将自己的创意转化为实际的电路板，动手实现自己的电子项目。 产品经理与项目管理者： 了解PCB设计的关键环节，以便更好地与工程师沟通与协作。 任何对电子产品设计感兴趣的读者： 深入了解电子产品“心脏”的工作原理与设计奥秘。 通过本书的学习，您将不仅仅是学会操作一款软件，更能成为一名具备独立思考能力、能够设计出高质量、高性能、高可靠性PCB的优秀工程师。让我们一同开启这段精彩的PCB设计之旅！

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当我开始阅读这本书时，我最关心的是它对 Altium Designer 较新版本特性的支持程度。幸运的是，这本书的内容似乎是基于近期的主流版本进行编写的，界面截图和功能描述都与我当前使用的软件版本高度吻合，这避免了读者在学习过程中遇到“软件界面对不上”的尴尬情况。书中对 3D 建模和渲染功能也有专门的章节介绍，这在以往的入门书中是比较少见的。作者展示了如何利用 Altium Designer 的 3D 视图来检查元件的安装高度和潜在的干涉问题，这对于后续的结构设计非常重要。此外，书中还涉及了 BOM（物料清单）的自动生成和输出，并且详细说明了如何定制 BOM 表格的样式以满足不同供应商的要求，这些细节处理得非常到位，体现了作者深厚的行业经验。总的来说，这本书的实用价值非常高，它不仅仅是软件操作手册，更像是一本包含了设计规范和工作流程的实战指南。

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这本书的排版和印刷质量给我留下了深刻的印象。作为一本技术类书籍，清晰的图文对照至关重要，而这本书在这方面做得非常出色。页面的留白恰到好处，不会让人感觉拥挤，大量的代码块和配置截图都采用了高质量的彩色印刷，使得字符和图形的边缘非常锐利，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。特别是涉及到复杂的多层板走线示意图时，作者使用了不同的颜色来区分信号层、电源层和地层，这种视觉上的区分极大地提高了阅读效率。相比于一些网络上的电子文档，实体书的优势在于可以随时在需要的地方做笔记和折角标记，这本书的纸张质量也很好，用铅笔勾画或荧光笔标记后，墨水不会洇开。这本书的设计明显考虑到了读者在实际学习和参考时的使用场景，注重细节的打磨，体现了出版方对技术类书籍的专业态度。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点在于其系统性和深度适中的平衡。很多入门书籍为了追求“快”，会草草带过关键的底层概念，导致读者学完后一遇到实际问题就束手无策。然而，这本书在讲解诸如阻抗匹配、电源完整性（PI）这些进阶话题时，虽然篇幅不深究复杂的数学推导，但对基本原理的阐释是扎实且准确的。作者很巧妙地将这些概念融入到实际的布局布线操作中，让读者在练习中自然而然地理解了这些“看不见”的设计要求的重要性。例如，在讲解过孔（Via）的特性时，它不仅告诉你如何放置，还解释了不同尺寸的过孔对信号完整性的影响。这种“知其然并知其所以然”的教学方式，让我对PCB设计有了一个更宏观的认识，而不是仅仅停留在工具的使用层面。对于希望未来能够从事高性能电子产品设计的工程师来说，这本书无疑是一个非常坚实的第一步，它为后续深入学习更专业的知识打下了坚实的基础。

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这本书的行文风格非常口语化，读起来感觉就像是有一位经验丰富的工程师坐在旁边，手把手地教你操作一样。作者在讲解复杂概念时，经常会用一些非常生动的比喻来帮助理解，比如在解释阻抗控制的时候，他没有直接抛出复杂的公式，而是用“水管粗细与水流速度”的关系来打比方，一下子就让我明白了背后的物理原理。我尤其欣赏它在设计规则设置部分的处理方式。很多教程都会把 DRC（设计规则检查）写得像天书一样，但这本书却把它拆解成了几个核心部分，比如间距规则、线宽规则、电源地规则等，每部分都用不同的颜色和粗体字进行了强调区分，让原本容易混淆的参数变得一目了然。书中的案例项目也很有代表性，从一个简单的两层板到稍微复杂一些的四层板设计，每一步的决策过程都被完整地记录了下来，这让我不仅仅学会了“怎么点鼠标”，更理解了“为什么这么点”。对于那些希望提升自己设计思维的读者来说，这本书提供了很好的思维框架。

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这本书的封面设计得非常朴实，没有过多花哨的元素，蓝白色的主色调让人感觉专业而沉稳。刚拿到手的时候，我特意去翻阅了一下目录，发现它涵盖了PCB设计流程的方方面面，从原理图的绘制到PCB布局布线，再到后期的 Gerber 文件输出，结构组织得非常有条理。我印象最深的是它在讲解元件封装和库文件管理那一块，讲解得非常细致，清晰地阐述了如何从零开始建立自己的元件库，这对于像我这种刚刚接触 Altium Designer 的新手来说，简直是福音。作者并没有直接堆砌枯燥的操作步骤，而是穿插了一些实际应用中的案例分析，比如如何处理高速信号的走线约束，如何进行差分对的设置等等，这些内容都非常贴合实际工作需求。书中的插图质量很高，清晰地标示了每个工具栏和菜单的对应位置，使得读者在跟着操作时，可以很快地找到对应的功能按钮，极大地减少了学习过程中的摸索时间。整体来看，这本书的定位非常明确，就是面向初学者的快速入门指南，内容详实且逻辑清晰，确实能帮助读者在最短时间内掌握基础技能。

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贡献者：SZDIY

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