步驟1：考慮元件封裝

表面貼裝器件（SMD）可以定位在采用貼片機的PCB，自動化裝配過程。如果還有通孔組件，則可以通過回流焊爐或波峰焊機運行PCB。

小型SMD的元件引線也會減少，導致阻抗大大降低，電感和EMI是一件非常好的事情，尤其適用于射頻和高頻設計。

采用表面貼裝路線還可以提高機械性能和耐用性，這對于振動和機械應力測試非常重要。/p》

第2步：選擇您的微控制器

每個微控制器開發板的核心，如Arduino及其衍生產品，是微控制器。在Arduino Uno的情況下，這是ATmega 328P。對于我們的開發板，我們將使用ESP8266。

價格便宜，運行頻率為80MHz（超頻至160MHz）并且內置WiFi子系統。當用作獨立的微控制器時，它可以執行某些操作，速度比Arduino快170倍。

步驟3：選擇USB轉串口轉換器

微控制器需要某種方式與您的計算機連接，因此您可以加載您的程序在它上面。這通常由外部芯片完成，該芯片負責在計算機上的USB端口使用的差分信號之間進行轉換，以及通過其串行通信外設（如UART）在大多數微控制器上提供的單端信號。

在我們的例子中，我們將使用FTDI的FT230X。 FTDI的USB轉串口芯片在大多數操作系統中都得到了很好的支持，因此對開發板來說是一個安全的選擇。流行的替代品（更便宜的選擇）包括來自SiLabs的CP2102和CH340G。

步驟4：選擇您的穩壓器

電路板將需要通過某個地方獲得電力 - 在大多數情況下，您將通過線性穩壓器IC找到這種電力。線性穩壓器價格低廉，簡單，雖然效率不如開關模式，但可提供清潔功率（噪聲更小）和易于集成。

AMS1117是大多數開發板中最常用的線性穩壓器，我們的開發板也是一個相當不錯的選擇。

第5步：選擇你的電源訂購方案

如果你將讓用戶通過USB為開發板供電，并通過電路板上的一個引腳提供電壓輸入，你需要一種在兩個競爭電壓之間進行選擇的方法。這最簡單地通過使用二極管來實現，二極管僅允許較高的輸入電壓通過并為電路的其余部分供電。

在我們的例子中，我們有一個雙肖特基勢壘，為此目的，它在一個封裝中包含兩個肖特基二極管。

步驟6：選擇外圍芯片（如果有）

您可以在接口上添加芯片使用您選擇的微控制器來增強您的開發板為其用戶提供的可用性或功能。

在我們的例子中，ESP8266只有一個模擬輸入通道，并且只有很少的可用GPIO。

為了解決這個問題，我們將增加一個外部模數轉換器IC和一個GPIO擴展器IC。

選擇ADC通常需要在轉換速率或速度和分辨率之間進行權衡。較高的分辨率不一定更好，因為由于使用不同的采樣技術而具有更高分辨率的芯片通常具有非常慢的采樣率。典型的SAR ADC的采樣速率超過每秒數十萬個樣本，而更高分辨率的Delta Sigma ADC通常每秒只能處理少量樣本 - 遠離快速SAR ADC和快速流水線ADC。

MCP3208是一款12位ADC，具有8個模擬通道。它可以在2.7V-5.5V之間的任何地方工作，最大采樣率為100ksps。

增加一個流行的GPIO擴展器MCP23S17可以使用16個GPIO引腳。

步驟7：電路設計

電源輸出電路使用兩個肖特基二極管為電源輸入提供簡單的OR-ing功能。這在來自USB端口的5V和你希望提供給VIN引腳的任何東西之間建立了一場戰斗 - 電子戰的勝利者在頂部出現并為AMS1117穩壓器供電。一個不起眼的SMD LED用作指示電源實際上被傳送到電路板的其余部分。

USB接口電路采用鐵氧體磁珠，可防止雜散EMI和嘈雜的時鐘信號向下輻射到用戶的計算機。數據線上的串聯電阻（D +和D-）提供基本的邊沿速率控制。

ESP8266使用GPIO 0，GPIO 2和GPIO 15作為特殊輸入引腳，在啟動時讀取它們的狀態以確定是否以編程模式啟動，這樣您就可以通過串行通信來編程芯片或閃存啟動模式，啟動您的程序。在引導過程中，GPIO 2和GPIO 15必須分別保持邏輯高電平和邏輯低電平。如果GPIO 0在啟動時為低電平，則ESP8266放棄控制并允許您將程序存儲在模塊內的閃存接口中。如果GPIO 0為高電平，ESP8266將啟動存儲在閃存中的最后一個程序，并且您已準備就緒了。

為此，我們的開發板提供啟動和復位開關，讓用戶切換GPIO 0的狀態，并復位器件，使芯片進入所需的編程模式。上拉電阻可確保器件默認啟動進入正常啟動模式，啟動最近存儲的程序。

步驟8：PCB設計和布局

一旦涉及高速或模擬信號，PCB布局就變得更加重要。特別是模擬IC對接地噪聲問題很敏感。地平面能夠為感興趣的信號提供更穩定的參考，從而降低通常由接地環路引起的噪聲和干擾。

模擬走線必須遠離高速數字走線，例如屬于USB標準的差分數據線。差分數據信號走線應盡可能短，并應與走線長度匹配。避免轉彎和過孔以減少反射和阻抗變化。

使用星形配置為設備供電（假設您尚未使用電源平面）還有助于通過消除當前返回路徑來降低噪聲。

步驟9 ：PCB Stack-Up

我們的開發板基于4層PCB堆棧，具有專用電源層和接地層。

您的“疊加”是PCB上圖層的順序。層的排列會影響您的設計的EMI兼容性，以及電路的信號完整性。

PCB疊加中要考慮的因素包括：

層數

層次順序

層間間距

每層的目的（信號，平面等）

層厚度

成本

每個堆疊都有自己的優點和缺點。與2層設計相比，4層板將產生大約15dB的輻射。多層板更可能具有完整的接地層，降低接地阻抗和參考噪聲。

步驟10：PCB層和信號完整性的更多考慮因素

理想情況下，信號層應位于電源或接地旁邊平面，信號層與它們各自的鄰近平面之間的距離最小。這樣可以優化通過參考平面的信號返回路徑。

電源和接地層可用于在層之間提供屏蔽，或用作內層的屏蔽。

電源和地平面相互靠近時，會產生一個通常對你有利的平面電容。該電容隨PCB的面積及其介電常數而變化，與平面之間的距離成反比。這種電容非常適用于具有不穩定電源電流要求的IC。

快速信號理想地存儲在多層PCB的內層，以包含跡線產生的EMI。

電路板上處理的頻率越高，必須遵循更嚴格的要求。低速設計可能會以較少的層數甚至單層來消除，而高速和RF設計需要更復雜的PCB設計和更具戰略性的PCB堆疊。

高速設計，適用于例如，更容易受到皮膚效應的影響 - 這是觀察到在高頻率下，電流不會穿透導體的整個主體，這反過來意味著增加厚度的邊際效用遞減銅在一定頻率下，因為無論如何都不會使用額外的導體體積。在大約100MHz時，趨膚深度（實際流過導體的電流厚度）約為7um，這意味著甚至標準的1oz。厚信號層未充分利用。

步驟11：關于過孔的側注

過孔形成不同層之間的連接多層PCB。

使用的過孔類型將影響PCB生產的成本。與通孔過孔相比，盲/埋孔的制造成本更高。通孔穿過整個PCB，終止于最下層。隱藏的過孔隱藏在內部并且僅互連內層，而盲孔從PCB的一側開始但在另一側之前終止。通孔過孔是最便宜和最容易制造的，因此如果通過孔過孔優化成本使用。

步驟12：PCB制造和組裝

現在電路板已經設計完畢，您需要將設計輸出為您選擇的EDA工具中的Gerber文件，然后將它們發送到電路板上進行制作。

I讓我的電路板由ALLPCB制造，但您可以使用任何電路板制造商。我強烈建議在決定選擇哪個板房用于制造時使用PCB Shopper來比較價格 - 所以你可以在價格和功能方面進行比較。

一些板房還提供PCB組裝，你如果你想實現這個設計，可能需要它，因為它主要使用SMD甚至QFN部件。

步驟13：那就是所有人！

這個開發板被稱為“Clouduino Stratus”，一個基于ESP8266的開發板，我設計用于加速硬件/物聯網啟動的原型設計過程。

它仍然是非常早期的設計迭代，很快就會有新版本。

我希望你們從本指南中學到很多東西！ ：D

步驟14：獎勵：組件，Gerbers，設計文件和致謝

［微控制器］

1x ESP12F

［外設］

1 x MCP23S17 GPIO擴展器（QFN）

1 x MCP3208 ADC（SOIC）

［連接器和接口］

1 x FT231XQ USB轉串口（QFN）

1個USB-B迷你連接器

2個16針母頭/公頭接頭

［電源］

1 x AMS1117 - 3.3穩壓器（SOT-223-3）

［其他］

1 x ECQ10A04-F雙肖特基勢壘（TO-252）

2 x BC847W（ SOT323）

7 x 10K 1％SMD 0603電阻器

2 x 27 ohm 1％SMD 0603電阻器

3 x 270 ohm 1％SMD 0603電阻器

2 x 470 ohm 1％SMD 0603電阻器

3 x 0.1uF 50V SMD 0603電容器

2 x 10uF 50V SMD 0603電容器

1 x 1uF 50V SMD 0603電容器

2 x 47pF 50V SMD 0603電容器

1 x SMD LED 0603綠色

1 x SMD LED 0603黃色

1 x SMD LED 0603藍色

2 x歐姆龍BF-3 1000 THT輕觸開關

1 x鐵氧體磁珠600/100mhz SMD 0603