CPU控制电路PCB板设计
PCB线路板生产工艺、材料详解
一、生产过程中要涉及到的基本概念
1.重要的原始物料
●基板
PCB板的原始物料是覆铜基板，简称基板。基板是两面有铜的树脂板。现在最常用的板材代号是FR-4。FR-4主要用于计算机、通讯设备等档次的电子产品。对板材的要求：一是耐燃性，二是Tg点，三是介电常数。电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg点)，这个值关系到PCB板的尺寸安定性。在高阶应用中，客户有时会对板材的Tg点进行规定。介电常数是一个描述物质电特性的量，在高频线路中，信号的介质损失(PL)与基板材料有关，具体而言与介质的介电常数的平方根成正比。介质损失大，则吸收高频信号、转变为热的作用就越大，导致不能有效地传送信号。
●前处理线
这是以后各个站别都要经过的处理步骤，总体来讲其作用是清洁板子表面，避免因为手指油脂或灰尘给以后的压膜带来不良影响。内层前处理线有一个重要的作用就是将原本相对光滑的铜面微蚀成相对粗糙以利于与干膜的结合。前处理使用的清洁液与微蚀液是硫酸加双氧水(H2SO4＋H2O2)，这是后面各制程前处理线通用的经典配方。
2.PCB板的组成
让我们认识一下手中的电路板。从制造者的角度讲，线路板是分层的，夹在内部的是内层，露在外面可以焊接各种配件的叫做外层。无论内层外层都是由导线、孔和PAD组成。导线就是起导通作用的铜线；孔分为导通孔(Plating hole)与不导通孔(None Plating hole)，分别简称为PT和NP。PT孔包括插IC引脚的零件孔(Component hole)与连接不同层间的过孔(Via hole)，PT孔的孔壁上有铜作为导通介质；NP孔包括固定板卡的机械孔等，孔壁无铜。PAD是对PT孔周围的铜环和IC引脚在板面上的焊垫的统称。另外，电路板的两面习惯叫做Comp面和Sold面。这是因为电路板的一面总是会作为各种电子元件的安装面。
(完整版)主板供电电路图解说明
主板供电电路图解说明主板的CPU供电电路最主要是为CPU提供电能，保证CPU在高频、大电流工作状态下稳定地运行，同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰cross talk效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。
简单地说，供电部分的最终目的就是在CPU 电源输入端达到CPU对电压和电流的要求，满足正常工作的需要。
但是这样的设计是一个复杂的工程，需要考虑到元件特性、PCB板特性、铜箔厚度、CPU插座的触点材料、散热、稳定性、干扰等等多方面的问题，它基本上可以体现一个主板厂商的综合研发实力和经验。
主板上的供电电路原理图1图1是主板上CPU核心供电电路的简单示意图，其实就是一个简单的开关电源，主板上的供电电路原理核心即是如此。
+12V是来自A TX电源的输入，通过一个由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个晶体管（开关管）组成的电路，此电路受到PMW Control（可以控制开关管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求）部分的控制输出所要求的电压和电流，图中箭头处的波形图可以看出输出随着时间变化的情况。
再经过L2和C2组成的滤波电路后，基本上可以得到平滑稳定的电压曲线（Vcore，现在的P4处理器Vcore=1.525V），这个稳定的电压就可以供CPU“享用”啦，这就是大家常说的“多相”供电中的“一相”。
单相供电一般可以提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，P4处理器功率可以达到70~80W，工作电流甚至达到50A，单相供电无法提供足够可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。
图2就是一个两相供电的示意图，很容易看懂，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流，理论上可以绰绰有余地满足目前处理器的需要了。
图2但上述只是纯理论，实际情况还要添加很多因素，如开关元件性能、导体的电阻，都是影响Vcore的要素。
详细图解主板供电
详细图解主板供电了解主板的结构对于主板维修人员来说是必须掌握的知识，今天我们就来详细说说主板供电部分。
首先让我们来认识一下CPU供电电路的器件，找一片X48做例子。
上图中我们圈出了一些关键部件，分别是PWM控制器芯片（PWM Controller）、MOSFET驱动芯片（MOSFET Driver）、每相的MOSFET、每相的扼流圈（Choke）、输出滤波的电解电容（Electrolytic Capacitors）、输入滤波的电解电容和起保护作用的扼流圈等。
下面我们分开来看。
（图）PWM控制器（PWM Controller IC）在CPU插座附近能找到控制CPU供电电路的中枢神经，就是这颗PWM主控芯片。
主控芯片受VID的控制，向每相的驱动芯片输送PWM的方波信号来控制最终核心电压Vcore的产生。
MOSFET驱动芯片（MOSFET Driver）MOSFET驱动芯片（MOSFET Driver）。
在CPU供电电路里常见的这个8根引脚的小芯片，通常是每相配备一颗。
每相中的驱动芯片受到PWM主控芯片的控制，轮流驱动上桥和下桥MOS管。
很多PWM 控制芯片里集成了三相的Driver，这时主板上就看不到独立的驱动芯片了。
早一点的主板常见到这种14根引脚的驱动芯片，它每一颗负责接收PWM控制芯片传来的两相驱动信号，并驱动两相的MOSFET的开关。
换句话说它相当于两个8脚驱动芯片，每两相电路用一个这样的驱动芯片。
MOSFET，中文名称是场效应管，一般被叫做MOS管。
这个黑色方块在供电电路里表现为受到栅极电压控制的开关。
每相的上桥和下桥轮番导通，对这一相的输出扼流圈进行充电和放电，就在输出端得到一个稳定的电压。
每相电路都要有上桥和下桥，所以每相至少有两颗MOSFET，而上桥和下桥都可以用并联两三颗代替一颗来提高导通能力，因而每相还可能看到总数为三颗、四颗甚至五颗的MOSFET。
下面这种有三个引脚的小方块是一种常见的MOSFET封装，称为D-PAK（TO-252）封装，也就是俗称的三脚封装。
单片机电路
单片机电路一、概述单片机电路是由单片机和其他外围电路组成的一种电子系统，它具有微处理器、存储器、输入输出接口等功能模块。
单片机电路广泛应用于各种电子设备中，如智能家居、智能穿戴设备、工业自动化等领域。
二、单片机的基本结构1. CPUCPU是单片机的核心部件，它负责执行指令和控制整个系统的运行。
常见的单片机CPU有AVR、PIC等。
2. 存储器存储器用于存储程序代码和数据。
常见的存储器有闪存、EEPROM和SRAM等。
3. 输入输出接口输入输出接口用于与外部设备进行数据交换。
常见的输入输出接口有GPIO、SPI和I2C等。
4. 定时器计数器定时器计数器用于产生精确的时间延迟或周期信号，可以实现各种定时控制功能。
三、单片机电路设计流程1. 系统需求分析在设计之前需要明确系统需求，包括功能要求、性能要求和可靠性要求等。
2. 选型与方案设计根据系统需求选择合适的单片机芯片，并设计相应的硬件电路方案。
3. PCB设计根据方案设计出PCB电路板，包括电路图设计、元器件布局和走线等。
4. 软件编程根据硬件电路设计编写相应的软件程序，实现系统功能。
5. 系统测试与调试将硬件电路和软件程序进行组装，进行系统测试和调试，确保系统功能正常。
四、单片机电路中常用的外围电路1. 时钟电路时钟电路用于提供单片机的时钟信号，使其能够按照一定的频率运行。
常见的时钟源有晶体振荡器和RC振荡器等。
2. 复位电路复位电路用于在系统启动或异常情况下将单片机复位，保证系统稳定性。
常见的复位方式有手动复位和自动复位。
3. 电源管理电路电源管理电路用于对单片机芯片进行供电管理，包括稳压、滤波和过压保护等。
4. 外设驱动电路外设驱动电路用于驱动各种外部设备，如LED灯、LCD显示屏、继电器等。
常见的接口有GPIO、PWM和ADC等。
五、单片机开发工具介绍1. 开发板开发板是一种集成了单片机芯片和外围电路的开发工具，可以帮助开发人员快速搭建单片机电路并进行软件编程。
主板上CPU核心供电电路的简单示意图
主板上CPU核心供电电路的简单示意图说明电脑主板供电电路原理（维修系列二）下图（1）下图（2）主板的CPU供电电路最主要是为CPU提供电能，保证CPU在高频、大电流工作状态下稳定地运行，同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰cross talk 效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。
简单地说，供电部分的最终目的就是在CPU电源输入端达到CPU对电压和电流的要求，满足正常工作的需要。
但是这样的设计是一个复杂的工程，需要考虑到元件特性、PCB板特性、铜箔厚度、CPU插座的触点材料、散热、稳定性、干扰等等多方面的问题，它基本上可以体现一个主板厂商的综合研发实力和经验。
图1是主板上CPU核心供电电路的简单示意图，其实就是一个简单的开关电源，主板上的供电电路原理核心即是如此。
+12V是来自ATX电源的输入，通过一个由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个晶体管（开关管）组成的电路，此电路受到PMW Control（可以控制开关管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求）部分的控制输出所要求的电压和电流，图中箭头处的波形图可以看出输出随着时间变化的情况。
再经过L2和C2组成的滤波电路后，基本上可以得到平滑稳定的电压曲线（Vcore，现在的P4处理器Vcore=1.525V），这个稳定的电压就可以供CPU“享用”啦，这就是大家常说的“多相”供电中的“一相”。
单相供电一般可以提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，P4处理器功率可以达到70~80W，工作电流甚至达到50A，单相供电无法提供足够可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。
图2就是一个两相供电的示意图，很容易看懂，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流，理论上可以绰绰有余地满足目前处理器的需要了。
但上述只是纯理论，实际情况还要添加很多因素，如开关元件性能、导体的电阻，都是影响Vcore的要素。
印制电路板(PCB)的设计与制作精选全文完整版
PCB的应用
PCB是英文(Printed Circuit Board) 印制线路板的简称。
汽车
航天 计算机
通信 家用电器
苹果手机 iPhone4S
苹果手机 iPhone4S 拆解图
其它零配件
前盖
后盖
电池
电路板
苹果手机 iPhone4S 拆解图
液晶屏
主板A面
16G内存
光传感器和 LED指示灯
主板B面
苹果笔记本MacBook Air
苹果笔记本MacBook Air
苹果笔记本MacBook Air
液晶屏
底盖
键盘
电路板等 零部件
电池
整机拆解图
苹果笔记本MacBook Air
PCB板
电池
拆解图
苹果笔记本MacBook Air
散热片
内存
主板
扬声器
输入输出接口
硬盘
如何将原理图设计成PCB图？
原理图
（一）工厂批量生产（双面）
3. 打孔
目的： 使线路板层间产生通孔，达到连通层间的作用。
流程： 配刀 钻定位孔 上销钉 钻孔 打磨披锋。
流程原理: 据工程钻孔程序文件,利用数控钻机,钻出所用的孔。
注意事项： 避免钻破孔、漏钻孔、钻偏孔、检查孔内的毛刺。
（一）工厂批量生产（双面示器 端口
内存插槽 硬盘端口
电源端口
PCI插座 软驱端口
电源开关、指示灯等端口
3. 确认元器件安装方式
① 表面贴装 ② 通孔插装
4. 阅读分析原理图
① 线路中是否有高压、大电流、高频电路， 对于元器件之间、线与线之间通常耐压200V/mm； 印制板上的铜箔线载流量，一般可按1A/mm估算； 高频电路需注意电磁兼容性设计以避免产生干扰。
电脑主板CPU供电电路原理图解
电脑主板CPU供电电路原理(yuánlǐ)图解电脑主板CPU供电电路原理(yuánlǐ)图解电脑主板CPU供电(ɡònɡ diàn)电路原理图解一．多相供电模块的优点1．可以提供更大的电流，单相供电最大能提供25A的电流，相对现在主流的处理器来说，单相供电无法提供足够可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计，比如K7、K8多采用三相供电系统，而LGA755的Pentium系列多采用四相供电系统。
2．可以降低供电电路的温度。
因为多了一路分流，每个器件的发热量就减少了。
3．利用多相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定。
一般多相供电的控制芯片（PWM芯片）总是优于两相供电的控制芯片，这样一来在很大程度上保证了日后升级新处理器的时候的优势。
二．完整的单相供电模块的相关知识该模块是由输入、输出和控制三部分组成。
输入部分由一个电感线圈和一个电容组成；输出部分同样也由一个电感线圈和一个组成；控制部分则由一个PWM 控制芯片和两个场效应管（MOS-FET）组成（如图1）。
图1单相供电电路图主板除了给大功率的CPU供电外，还要给其它设备的供电，如果做成单相电路，需要采用大功率的管，发热量很大，成本也比较高。
所以各大主板厂商都采用多相供电回路。
多相供电是将多个单相电路并联而成的，它可以提供N倍的电流。
小知识场效应管：是一种单极性的晶体管，最基本的作用是开关，控制电流，其应用比较广泛，可以放大、恒流，也可以用作可变电阻。
PWM芯片(xīn piàn)：PWM即Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），该芯片是供电电路的主控芯片，其作用为提供脉宽调制，并发出脉冲信号，使得两个场效应管轮流导通。
实际电感线圈、电容和场效应管位于CPU插槽的周围（如图2）。
图2 主板上的电感线圈和场效应管了解了以上(yǐshàng)知识后，我们就可以轻松判断主板的采用了几相供电了。
PCB电路设计规范及要求
PCB电路设计规范及要求板的布局要求一、印制线路板上的元器件放置的通常顺序：1、放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的LOCK 功能将其锁定，使之以后不会被误移动；2、放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC 等；3、放置小器件。
二、元器件离板边缘的距离：1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线；2、可能的话所有的元器件均放置在离板的边缘3mm以内或至少大于板厚，这是由于在大批量生产的流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也为了防止由于外形加工引起边缘部分的缺损，如果印制线路板上元器件过多，不得已要超出3mm范围时，可以在板的边缘加上3mm的辅边，辅边开V 形槽，在生产时用手掰断即可。
三、高低压之间的隔离：在许多印制线路板上同时有高压电路和低压电路，高压电路部分的元器件与低压部分要分隔开放置，隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2000kV时板上要距离2mm，在此之上以比例算还要加大，例如若要承受3000V的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。
四、元件布局基本规则1. 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件；3. 卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路；4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm；5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；6. 金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。
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K4 D8 K5 D9 K6 D10 K7 D11 K8 D12
BG2 9 01 2
R21
D C
R24
D15 B2 D16 B3 D17 B4 D18 B5 D19 B6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
B1 B1 B2 B2 B3 B3 B4 B4 B5 B5 B6 B6 B7 B7 B8 B8
P 20
29
P 20 P 21 P 22 P 23 P 24 P 25 P 26 P 27
VDD EA/VP IXD TXD ALE/ P P SEN
INT1 INT0
T1 T0 RD WR
X1
X2
R ESET GND
13
12
R17
15
R18
14
R19
17 RD R20
L3 L2 L1 L0
16 WR
C1
19
1 2 3
Titl e
C P U控制电路
A
S iz e
A4
Dat e: F ile :
Nu mber 1
2 3-Ju l-2 00 8
F:\电子3 06 2 \CPU控制电路.Dd b
Rev isio n V1 .0
39 38 37 36 35 34 33 32
P 00 P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07
IC 1 STC8 9 C52
P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17
1 2 3 4 5 6 7 8
12 11 10
9 8 7 6 5 4 3
B
学 资 源 建A 设
1
2
3
4
AC IN
D1
+12 V
IC 0
+5V
1
1
Vin
+5V
3
2
GND 2
3
D2
+5V
C6 C1 C2
C3 C4
CZ2
继电器输出控制电路
CZ3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
GND 1 2V PL P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8
B0
D14 B1
《PCB板制作与调试》课程教学资源建设
建设院校：
宁波职业技术学院
主要参与单位
杭州职业技术学院 宁波华祐微电脑有限公司 宁波思朗智能科技开发有限公司
任务2-3 CPU 控制电路PCB板设计
应
全自动布线，在数字电路系统中效果比较好，全手工布局布线，在简单
用 电路里能较好实现。在线路相对比较复杂时，可能会出现遗漏或错误，所 电 以常常采用自动与手动结合的办法。
资
源
建
设
宁波职业技术学院
任务2-3 CPU 控制电路PCB板设计
应 二、工作任务
用
在任务2-1中我们主要利用软件的智能化功能实施自动设计，在实
电 子
际工作中，要设计出一块合格的印制板全部依赖于自动设计是不现实的， 一般还需要较大的调整；任务2-2中我们是利用全手动方法来实施印制 板设计，对于简单的电路来说这一方法应用较多，而且对提高设计能力
1 2 3 4 5 6 B 07 B1 8
B2 1 B3 2 B4 3 B5 4 B6 5 B7 6 B8 7
8
IC 5
IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 GND
OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 COM
IC 4
IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 GND
OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 COM
CZ5 +5V
16 15
+12 V
14
13
12
11ห้องสมุดไป่ตู้
10 P0
9 P1
16 P2
R25
15 P3
14 P4
13 P5
12 P6
11 P7
10 P8
9
+12 V
+5V
P 20 P 21 P 22 P 23 P 24 P 25 P 26 P 27
教 关系由软件来把关，只要原理图正确，这一关是不会出错的，所谓发挥
学
设计人员的主观判断，主要是布局、布线上，通过一定的训练，人工布 局、布线会超过电脑的布局、布线质量。好的印制板几乎都采用这种方
资 法。
源
建
设
宁波职业技术学院
任务2-3 CPU 控制电路PCB板设计
应 用D 电 子 技 术C 专 业 教
技 也有很大帮助，熟练以后也是一种很好的做法。但在电路稍复杂以后，
术 这一方法由于过多依赖设计人员，可能会造成某些线路漏布，甚至布错
专
线了自己也不知道，所以在较复杂的电路设计时往往我们采用折中的办 法，既利用软件的智能化功能，又充分发挥设计人员的主观判断，所谓
业 利用软件的智能化功能，就是通过网络表把元件信息和元件之间的电气
7 12
RS23 2
2 3 5
5
6
14 13
C2-
V-
T1OUT R II N
T1IN T2IN R2 OUT
11 10 9
RS2 32 接口电路
1
2
+5V R23
D3 IC 3
MR WDO
VCC RESET
GND NC
P FI
P FO
IMP8 1 3L
RST RD
看门狗电路
3
+5V
话筒触发
D4
CZ6 WR
R9
P 21
R10
P 22
R11
P 23
R12
P 24
R13
P 25
R14
P 26
R15
P 27
R16
D20 B7
D21 B8
P20 2 1 P21 2 2 P22 2 3 P23 2 4 P24 2 5 P25 2 6 P26 2 7 P27 2 8
+5V
40 31
RXT 1 0
TXT 1 1
30
子 一、任务目标 技 1．能力目标：能熟练导入网络表，解决网络表导入时的各种错误， 术 在预拉线的引导下，实施手动布局、手布线，完成较复杂的双面印
专 制板设计，同时能根据装配要求放置固定孔。
业 2．知识目标：能熟练说出网络表导入时封装出错的原因及解决方 教 法，熟练说出焊盘、线宽等参数的设置。
学 3．素质目标：能培养仔细做事的习惯；培养与设计人员协作意识。
K8 +12 V K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 S0
2
+5V
1
K1
R1
K2
R2
K3
R3
K4
R4
K5
R5
K6
R6
K7
R7
K8
R8
+5V
K1 D5
信号通道控制电路，一路连接信号分配板，一路连接面板。
R22
K2 D6
K3 D7
S0
CZ4
1 2 3 4 5 6 7 8
K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8
3 0p
A1 18
C4
1 1. 0 59 2 MHZ
3 0p
9 RST 20
+5V
L3
L2
L1
L3 L2 L1 L0
工作状态指示电路
PL
9 01 4 BG1
B
C11
+5V C14 C12
C13
IC 2
1
C1+
VCC
+5V C1 0 16
3
C1-
2
V+
4
C2+
GND R2 IN
15 8
T2OUT R1 OUT