解读 154 · PCB 是什么:层、走线、过孔
解读对象:概念课 · 以
microduck-replica/hardware/imu_to_dxl/README.md(「PCB:布局与布线」节)为教材,打样价格引自microduck-replica/docs/电控采购清单.md
需要的前置:解读 47(连接表是 PCB 的上游);解读 49(从图到下单)。
层:两面铜,一面专留给"地"
原理图回答"谁和谁电气相连",PCB 版图回答"它们实际怎么摆、线怎么走"。imu_to_dxl 这块板把答案写得很具体:45 × 22 mm,2 层板,1 oz 铜(1 oz = 一盎司铜铺在 1 平方英尺上的厚度,行业惯用口径),四角 R2 圆角。
"2 层"指整块板只有正反两面铜:顶层(正面)放全部 29 个贴片器件并走信号线;底层整片铺 GND——不刻走线,一整面都是地。这不是浪费:高频电流沿信号线走,回流要贴着信号线下的铜返回,一片完整的地平面就是给 SPI 和 1 Mbps 半双工总线留的"回流路径"。顶层的 GND 焊盘各自就近打一个过孔扎回底层。HAT 对照着看更清楚:官方那块是 4 层板,65.0 × 30.9 mm,中间多了两层内层铜,容量和成本都上一个台阶。
走线与过孔:227 段铜线、31 个孔、172 滴"泪"
这版 PCB 的实测清单(2026-09-08 状态):走线 227 段(顶层 197 / 底层 30)、过孔 31 个(焊盘 φ0.6 mm / 钻孔 0.3 mm)、泪滴 172 个。
- 线宽就是马路的宽度:信号线 0.25 mm 为主;四个座子之间的总线直通段加宽到 0.76 mm——复查报告算过,这条链 1 oz 铜下温升 10 K 约 2.0 A、30 K 约 3.2 A,和 JST EH 连接器 3 A 的额定同一量级,加宽走线抬不抬上限,连接器说了算。
- 过孔是贯穿正反两面的钻孔加金属化,负责"换层"。钻孔是机械工序,规矩比电路硬:2026-09-08 抓到一处,一个 φ0.3 过孔落在了 J2.3 的 φ1.0 插件孔正上方(孔心距 0.001 mm),立创 DRC 直接报
Hole to Hole——同网络也不允许重叠,删掉这个冗余过孔后 DRC 归零。 - 泪滴是走线汇入焊盘处的一滴过渡加宽,像水滴落在桌面的形状:钻孔稍微偏一点也不至于把细线钻断,172 个泪滴就是 172 处加固。
- 间距账:全板异网最小间距 0.152 mm,嘉立创双面板下限 0.127 mm,余量 20%;铜到板边最小 0.37 mm。
打样多少钱:¥25–40 的板与几百元的 HAT
电控采购清单给 imu_to_dxl 的打样价:2 层板,嘉立创约 ¥25–40(不含贴片)。若让厂里把元件也贴上(SMT),就是另一档账——对照 HAT:47 行 / 123 颗的 BOM、实际贴装 113 个位置,"4 层板 + SMT 成本几百元起且有起订量"。自己焊 29 个器件的板,¥25–40 的裸板就是全部固定投入,这就是为什么自绘板选了"元件极少"的路线。
机械上的数字也有出处:两个 M2 非金属化安装孔(φ2.2 mm)走对角,孔距 X 向 40.00 mm / Y 向 17.27 mm,孔到板边 1.31 / 1.22 mm(嘉立创要求 ≥0.4 mm)。最后照抄 README 的一句话:"仍未验证:没有打样,没有实物"——以上全部是几何与规则层面的核对,不能替代实测。
你带走的收获
- 层数 = 几面可用铜;2 层板的经典配方是"顶层器件 + 信号,底层整片 GND"——地平面是回流路径,不是装饰。
- 线宽由载流决定(0.76 mm 直通 ≈ 2–3 A 量级),信号线 0.25 mm 够用;连接器额定往往才是整条链的短板。
- 过孔是机械钻孔,规则独立于电路:孔孔不叠(哪怕同网络)、孔边留距;泪滴是给钻孔偏心的保险。
- 裸板很便宜(2 层 ¥25–40),贵的是贴片;第一块自绘板要按"器件少、可手焊、可返修"设计。
- DRC 0 违规 ≠ 实物能用:几何核对与上电实测之间,隔着一次打样。