电路设计：精细电子的动脉

Allure

　　人体是一个莫名其妙的创造，它由许多不同的器官组成，这些器官构成了整个人体系统，并参与完成不同的任务。同样在电子产品中，每个组件都被聚集在一起以形成完整的电路，然后用于市场上流行的各种技术中。


　　电子电路由各种电子组件组成，例如电阻器，电容器，二极管和通过导线连接的晶体管，电流在电路中流过。电子电路设计通常在面包板上进行设计，以帮助设计人员修改和增强电路。这些电子电路用于计算，数据传输和信号放大。


　　现代方法学涉及通过导线连接组件，将组件焊接到在印刷电路板（PCB）上形成的互连以形成完整电路的互连。从学校和学院的基本教义中，我们知道电荷m从正端子流过整个回路并到达负端子，从而使电路成为完整的回路。在数字电路发明之前，所有单独的晶体管，二极管，电阻器，电容器和电感器本质上都是分立的。如今，任何电路或系统都可以根据其输入产生首选输出

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　　电路设计机制


4 B1 a- r. W' ~9 w- P: G8 q　　随着集成电路（IC）的发明，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的发展和持续改进对电路设计领域产生了巨大的变化。芯片上常见的三种类型的电路是模拟，数字和混合信号。


　　离散设计中元件值的大范围和准确性使设计难度降低。IC设计中需要采用主动负载和匹配技术的特殊方法，以最大程度地减少使用的电阻器数量，并消除电路性能对元件值的依赖性。IC设计中最困难的部分也许是电路设计与制造之间的时间差，可能需要数周甚至数月。
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　　电路设计是每个电子设计项目的第一步，需要创建原理图。该示意图定义了电子组件的引脚如何在印刷电路板（PCB）上逻辑连接在一起。电路设计完成后，工程师可以使用原理图进行仿真或将其


　　原理图转换为PCB设计软​​件。


3 \3 d4 U, `7 [( p　　接下来是测试许多原型，以确保符合客户要求。通常会有最终制造图纸的签名和批准，并且可能会有后期设计服务。电路设计通常很困难，因为它需要对构成电路一部分的每个组件有广泛的了解，而实现完美的设计则需要大量的实践。
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* ]1 o$ ^2 z$ H& ^8 i+ x  j0 Z　　电路设计中的仿真
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　　仿真是设计实际系统模型并使用模型进行实验的过程，目的是了解系统的行为或评估实现系统运行的各个步骤。首先，模拟行为需要开发一个模型。该模型表示所选物理系统的功能。可以使用仿真过程查看电路中的任何电压或电流波形。大多数仿真程序会执行其他分析，例如直流，灵敏度，噪声和失真。
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　　仿真过程也用于测试永久设计的电路，因为当电路无法正常工作时，硬件更换非常困难。仿真是通过将输入应用于电路并观察或观察其行为来测试设计的过程。模拟的输出是一组波形，这些波形显示电路在给定的输入序列下的行为。
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　　通常，仿真有两种类型：功能仿真和时序仿真。功能仿真在不解释电路延迟的情况下测试电路的逻辑操作，而时序仿真比功能仿真更明智。在此仿真过程中，逻辑组件和导线向后退以对输入做出反应。为了测试电路的逻辑操作，它会指示电路中信号的时序，并且需要花费更多的时间来执行。
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　　在硬件实现之前，仿真给出了代码和电路的正确思想和实现，逐渐使系统模型的配置变得如此简单。仿真过程很安全，可以减少创建硬件和直接在硬件上测试错误的时间。新的硬件设备建模，布局和系统的其他区域可以执行测试操作，而无需花费资源来实现它们。
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　　电路设计阶段


0 l  U- [/ C# {4 R1 _, d4 ^; |　　电路设计是一个艰巨的过程，它是系统的，并且按一组
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' U2 n- J5 d5 B4 y7 b* [　　顺序执行。一旦完成了规范过程，就可以

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　　进行原型设计。在将原型转变为可部署的生产单元时，电子电路设计通常是与时间的竞赛。完成以下
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4 z8 n, W- q% G1 L3 d　　设计阶段，即可获得完整的电路。
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　　概述


* S: q' Y5 l6 i, j　　最重要的方面是准备想法或体系结构。为了使电路具有完整的工程设计，需要对结构和组件进行正确的可视化。通常在此阶段选择专用组件，例如通信或电源IC。
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% y% v' N$ Z# o  @6 f7 q　　原理图
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! K; r5 x* ], N; |9 v　　下一阶段涉及将设计的轮廓转换为原理图。组件的连接方式应使电路正常工作。通常设计复杂的设计，涉及数百个组件，并将设计分为模块和子电路。
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) G- l8 ~, D, s/ P- @+ _! I( @　　PCB布局

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　　正确检查原理图是否有错误之后，通过转移元件来启动PCB布局。PCB设计可能是一个非常灾难性的过程，因为设计中涉及的领域太多，因此需要考虑适当的注意事项。最初，通过安排组件来定义PCB，然后进行布线和适当的检查，以确保不违反设计规则。
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% t0 R0 ^6 M# e, L8 h　　原型制作
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; K7 I8 I: C! N  N) @; w　　原型制作涉及通常以小批量制造PCB并在其上组装组件。设计中的任何错误都必须记录下来以供修订。PCB设计人员在电子电路设计过程中起着重要作用。不可预见的错误有时会造就或破坏原型。
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- j! |' d$ e5 Y9 w4 g$ H5 Y- ~9 ?　　元件放置

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8 ~  H# _# Z7 t0 `, C( }2 T6 x0 a0 M0 x　　组件在PCB上的放置完全取决于所生成的原型，模拟组件应与其高速数字同类产品有合理的距离。线对板连接器的放置方式使维护和故障排除的复杂性降低。应考虑适当的可维护性和功能，
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) L# U! H8 u0 E  e. \　　电磁干扰（EMI）检查
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　　随着空间的减小，速度的提高以及电子设备的无线化，人们越来越关注EMI对PCB设计的影响。为了减少PCB受EMI影响的可能性，应考虑电流路径和规划。良好隔离接地层，尤其是对于高速信号，有助于最小化通过接地铜线耦合的干扰。

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' e. B% M- Y  \) H0 n& U: i; ?　　输电网络
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& i' W/ Y% p: Y' H3 O' r9 y　　无论设计多么复杂，不良的电源模块设计都会使其无法正常工作。除了选择正确的功率调节组件或电池以外，还必须确保走线足以满足电流密度要求。良好的电源传输网络设计可确保沿PCB的功率损耗最小，并为整个电路板提供足够的功率。
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' z" ~" j& p! h0 m$ o5 C& c# H' X　　电路设计软件

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　　电路设计也需要软件程序。这些过程从原型阶段进入工业化阶段。选择要使用的设计软件包时，建议始终使用一些具有可用支持和社区的最新工具。以下软件列表将提供有关电路设计的全面信息：
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　　欧特克鹰
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　　Eagle可以说是最知名的原理图和PCB设计软​​件之一。Autodesk EAGLE包含用于设计电路图的原理图编辑器和用于设计PCB的PCB布局编辑器。它提供了元件放置，PCB布线，全面的库内容，繁荣的社区等等。它包括2个原理图图纸，2个信号层和2个电路板区域。

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　　KiCAD


4 L9 j& Z7 Z. N6 p　　KiCAD是一个跨平台的开源电子设计自动化套件。它包括一个用于创建和编辑原理图设计的原理图编辑器，一个用于制作多达32个铜层的专业PCB布局的PCB编辑器，以及一个可用于以3D形式检查设计的3D查看器。


$ E& y* T. I+ \" Y  v/ x8 E/ `- Q　　弗里辛


　　Fritzing是学习电子技术的开源平台。它包括面包板布局，原理图和PCB视图，用于为您的电路板设计PCB布局。拥有丰富的界面和不断发展的社区，玩笑是业余爱好者的不错选择。
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　　DesignSpark PCB

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3 a' w" s: E: l0 a3 S  ^/ M. B" X　　借助易于学习的环境，原理图捕获和PCB布局工具，DesignSpark PCB具备出色的原理图捕获，用于设计无限数量PCB层的PCB​​编辑器，零件和库创建器，3D视图以及更多功能。
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　　EasyEDA
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! |1 v3 G8 J% l& N7 e" G. R6 }- E
. W7 ]3 k, J& r+ {8 h/ g　　EasyEDA提供了功能强大的原理图捕获，PCB编辑器，库设计器，项目管理工具和团队合作者。它还与组件目录集成在一起，可提供有关所用组件的实时库存和价格信息。EasyEDA是基于在线的，也是基于桌面的。

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9 g4 O/ N6 M' F; \* Z5 {: B　　UpVerter
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3 B" X8 x9 [  W0 m$ T7 c　　Upverter是基于Web的EDA，使硬件工程师能够设计，共享和查看原理图和PCB。它用于开源硬件设计，提供了一个协作平台。它带有原理图捕获，PCB编辑器，系统设计师，3D查看器，团队协作等。
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4 h1 m( B' W# g( u0 `6 S+ G　　PCBWeb设计师


0 H  K% E; U" ?7 D3 ~4 ?. S　　PCBWeb是用于设计和制造电子硬件的免费CAD应用程序。它具有用于多页设计的原理图捕获，支持多层PCB布局以及集成的箭头零件目录。

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　　ExpressPCB Plus

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　　ExpressPCB Plus是用于创建和设计的EDA软件。它包括用于绘制原理图的ExpressSCH classic和用于电路板布局的ExpressPCB Plus。ExpressPCB Plus提供了查看PCB板即时报价的选项，甚至可以从程序本身内部订购要制造的板。

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　　TinyCAD


　　TinyCAD是一个简单而基本的电子电路原理图和PCB设计器。这是一个开源软件项目。它支持标准和自定义符号库。它支持具有几种网表格式的PCB布局程序，还可以生成仿真网表。

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6 E: R5 y/ M4 G　　奥斯蒙德PCB
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% {* A2 l; \9 P" i1 o　　Osmond PCB是唯一基于MAC的EDA工具。它支持原理图捕获和PCB布局设计。该软件提供许多功能，例如无限制的电路板尺寸，多层电路板，并且可用于设计多达700个引脚的电路板。


　　结论


& w- A8 h5 U$ ]( E" Q7 S! O　　电子设备的每个单元都包含一系列步骤和组件。电路作为实质性电子产品的最重要组成部分之一，具有其自身的相关性。电子学的基本框架很大程度上依赖于电路，这会影响电子机械的安装速度和准确性。电子电路对于任何实际系统的性能都至关重要。我们周围的物理世界是模拟的，因为大多数信号，无线电波，音频，语音等在时间和价值上都是连续的。大多数情况是通过高速处理器在数字领域发生的。诸如音频之类的现实世界信号到数字位的转换仍然需要通过模拟电路来进行，因此增加了有效电路设计的相关性。

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这些过程从原型阶段进入工业化阶段。选择要使用的设计软件包时，建议始终使用一些具有可用支持和社区的最新工具。