空白的PCB就好比PCB设计师的画布，元件就是设计师的调色盘，而走线则是设计师用来在画布上连接匹配各种元件的笔触。画作的主题由原理图决定，而基调则依据设计目标而定。主题的呈现形式在放置元件过程中逐步显现，并在布线过程中成形。PCB或PCBA的美学本质通常体现在设计师对对称性、焦点和视觉中心的运用。

观察蜜蜂（一种两侧对称的昆虫）与花朵（一种径向对称的植物）共生互动，体验到的乐趣来自于两个比例匀称的生物实现了相互平等的存在，这是一种经典的双赢场景。我猜人类总是在创造的事物中加入对称的元素，以反映出内心对对称的赞美，所以我们才会在生活的方方面面，如家居、道路、桥梁到PCB设计，均嵌入对称元素。

人类一直非常擅长鉴别对称性，因为对称的图形充满吸引力，PCB设计也不例外。PCB设计中的对称性令人赏心悦目，而且元件、走线和板层之间的物理平衡也向观察者传达了深远的意义。图1给出了简单的示例。

 

图1:这块PCB是专为某种目的而设计，纵轴上的镜像和横轴上的成比例分布都传达出井然有序和深思熟虑的感觉

 

进一步观察，可以发现PCB上面有两个相同的电路呈垂直分布，每个电路都由两小部分组成，这两小部分在水平方向上很清晰地间隔开（图2）。

 

图2:PCB设计师利用对称的美学原则将PCB设计成为具备功能性的艺术品

 

对于这些呈现对称性的PCB线路，在排除故障和维修时会更容易，因为可以很容易鉴定那些破坏设计对称特性的缺陷。

图3所示为对称的元件分布示例，以及元件缺失后其对称性被破坏的示例。

 

图3:PCB的对称性常常与图形复制相结合，以此加强设计中线路的功能分组

 

对称性的使用会吸引观察者的注意力，而且复制的图形也更容易识别。

我为客户设计了电压电流MUX板（见图4）。提供至MUX（电压电流的输入或输出）接口的连接器相对均匀地分布于PCB。起到支撑作用（电源、控制和监控）的连接器不对称地分布在PCB一侧。我们有多喜欢对称的图形，就有多不喜欢不对称的图形。

 

图4:这块PCB(电压及电流MUX)的主要焦点是两个偏离垂直轴上下堆叠水平放置的继电器图形

 

在图4中，两侧使用了为设计的主要功能（电源、控制、监控和指示器）提供支撑功能的不同电路组合。在这种情况下既运用对称性又运用非对称性是为了让用户注意到PCB设计的主要方面以及忽视线次要支撑部件。用户在花了较多时间观察PCB并且看腻了其主要焦点后，就会开始注意次要部件。两侧不同的线路组合实际上是次要焦点和视觉中心，这是PCB设计师应用的另一组美学原则。

对焦点和视觉中心的使用通常是为了将PCB设计组织为连贯的功能性集合。焦点是为了吸引眼球，而视觉中心则是为了引人思考。为了避免视觉和思维注意力起冲突，视觉中心也应该是焦点，但焦点不必是注意力集中点。

仅仅需要成为焦点的区域示例就是通过蚀刻或丝网印刷的方式出现在PCB上的部件编号。PCB设计上的焦点通常体现为功能组中凹凸不平的元件以及利用阻焊层或丝网印刷的方式形成颜色对比。视觉中心则是让人思考元件聚集在一起的方式，并通过阻焊层或丝网印刷层引起人们的好奇心从而传达某种意义。有必要了解的是，很多PCB在视觉上就能呈现出复杂的属性，所以在制造焦点时要以分层的方式进行，以避免PCB/PCBA在视觉上引起困惑、让人很难理解。这些层级结构分为主要（第一级）焦点、次要（第二级）焦点和再次要（第三级）焦点。设计只能有一个主要焦点。支撑型电路应该采用次要焦点，如蚀刻/丝网印刷在PCB上的部件编号、质量保证标识或用于内部支持/调试的电路信息传递应该为次要焦点。图5所示是一块采用了分级焦点的复杂PCB设计。

 

图5:PCB设计的主要焦点和视觉中心是对称的阵列，由32个相同的测试点阵列组成，其中包含垂直方向上5排安装孔(未电镀，上下带有镀金焊盘)并使用不同颜色的阻焊层做重点对比

 

最重要的物理和电气连接位于PCB中7.5”×5”的区域内，并且需要与近400个弹簧针实现可靠连接，施加的合力略低于200磅。

在主要视觉中心的顶层，40个安装孔对称分布传达出该区域需要大量机械支撑的需求。随着我们的关注点继续向内移动，各个测试点阵列也使用了内部次要焦点来强调电气连接的重要性。

在图6中，深色阻焊层区域（黄线标记区域）含有与测试区域相连的电气支撑连接，并且连接到了位于主要焦点外的次要焦点。这些外部次要焦点含有每个测试区域的接口电路（电源、通信、编程）和用于系统集成和调试的三级焦点（蓝线标记区域）。

 

图6:银色通孔连接器焊点和浅绿色的阻焊层区域(红线标记区域)是精密电流测量接口

 

在现代化电子产品时代，对称、焦点和视觉中心的基本艺术原则被用于PCB设计，使其成为具有功能的艺术品。对称性使我们会注意到这些产品，焦点告诉我们应该关注的位置，而视觉中心激发了我们的好奇心，促使我们更深入地思考观察到的PCB设计。这也正是我把Gerber文件称为艺术品的原因。

 

更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年1月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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