PCB設計流程與PCB設計檢查表介紹

在硬件設計中，PCB設計是其中非常重要、不可或缺的一個步驟。對于一些簡單的產(chǎn)品，PCB設計可能只是簡單地把所有的器件、網(wǎng)絡對應地連接起來。而對于高速電路、射頻電路，PCB的設計直接影響到產(chǎn)品的功能是否正常、產(chǎn)品是否能滿足入市的要求。下面，將從PCB設計的流程、PCB布局、PCB布線、PCB設計檢查表四個方面做介紹。

PCB設計的流程

PCB的質(zhì)量直接決定了一款電子產(chǎn)品的好與壞，那么一個好的PCB設計流程就至關(guān)重要。很多工程師認為，PCB設計就是簡單地把所有的元器件擺好之后，再把所有相關(guān)的器件引腳連接在一起。這是一種狹隘的觀點，一個好的PCB設計流程從原理方案設計時就已經(jīng)開始，比如如何選擇合適的方案、選擇合適的電子元器件等等。具體如下圖所示：

具體包含了原理方案設計、原理圖網(wǎng)表輸出和導入、機械結(jié)構(gòu)圖導入、層疊結(jié)構(gòu)設計和編輯、信號完整性（SI）/電源完整性（PI）前仿真、PCB布局、設計約束規(guī)則導入、PCB布線、信號完整性（SI）/電源完整性（PI）/電磁兼容性（EMC）/熱后仿真、設計可制造性（DFM）檢查、生成生產(chǎn)文件（Gerber）。這些工作可能是一個工程師完成的，也有可能是多個工程師合作完成的。當然，并不是每一個產(chǎn)品的PCB設計流程都是一樣的，具體的產(chǎn)品可以根據(jù)這個流程進行適當?shù)募毣⒃黾踊蛘邉h減。

下面將就PCB設計流程中的幾個重要步驟做進一步的介紹。

PCB布局

在設計中，布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認為，合理的布局是PCB設計成功的第一步。簡單的理解，PCB布局就是把所有的元器件按照功能結(jié)構(gòu)、模塊化、滿足DXF的要求、滿足順暢布局布線等原則進行。

考慮整體美觀一個產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認為該產(chǎn)品是成功的。在一個PCB板上，組件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

圖 布局好的PCB

上面說到的只是一些大的方向和要求，其實PCB布局需要考慮到的因素非常多，比如常常會按照“先大后小，先滿足結(jié)構(gòu)后滿足美觀，先難后易”的布置原則，就是把重要的核心單元電路、高速電路、射頻電路、核心元器件、接口電路優(yōu)先布局，然后再把一些輔助性的電路布局好。在進行PCB布局設計時具體可以遵循以下原則進行布局。

1、布局中應參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件。布局應盡量滿足以下要求：

在沒有特殊要求時，使布線的總長度盡可能短，關(guān)鍵信號線最短；

去耦電容的布局時，依據(jù)電容的大小盡量依照越小的電容越靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短 ；

減少信號回流路徑，不要出現(xiàn)跨分割現(xiàn)象。

2、元器件的排列首先要滿足功能的要求，同時還要便于后續(xù)調(diào)試和維修，即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元器件周圍要有足夠的空間，太緊湊就會導致無法下烙鐵。

3、相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局；按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優(yōu)化布局。

4、同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要盡量在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。

5、發(fā)熱元件要一般應均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發(fā)熱量大的元器件。除了溫度傳感器，三極管也屬于對熱敏感的器件。

6、高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開。

7、模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分。

8、元件布局時，應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來的電源路徑設計以及與其它電源平面分割開。

對于一些特殊元器件的位置在布局時一般要遵守以下原則：

1、DC/DC變換器、開關(guān)元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，整流二極管盡可能靠近調(diào)壓元件和濾波電容器。以減小其線路長度。

2、電磁干擾（EMI）濾波器要盡可能靠近EMI源。盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設法減少他們的分布參數(shù)及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應盡量遠離。

3、對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元器件的布局應考慮整塊扳子的結(jié)構(gòu)要求，一些經(jīng)常用到的開關(guān)，在結(jié)構(gòu)允許的情況下，應放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。

4、發(fā)熱元件應該布置在PCB的邊緣，以利散熱。如果PCB為垂直安裝，發(fā)熱元件應 該布置在PCB的上方。熱敏元件應遠離發(fā)熱元件。

5、在電源布局時，盡量讓器件布局方便電源線布線走向。布局時需要考慮減小輸入電源回路的面積。滿足流通的情況下，避免輸入電源線滿板跑，回路圈起來的面積過大。電源線與地線的位置良好配合，可降低電磁干擾的影響。如果電源線和地線配合不當，會出現(xiàn)很多環(huán)路，并可能產(chǎn)生噪聲。

6、高、低頻電路由于頻率不同，其干擾以及抑制干擾的方法也不相同。所以在元件布局時，應將數(shù)字電路、模擬電路以及電源電路按模塊分開布局。將高頻電路與低頻電路有效隔離，或者分成小的子電路模塊板，之間用接插件連接。

7、布局中還應特別注意強、弱信號的器件分布及信號傳輸方向路徑等問題。為將干擾減輕到最小程度，模擬電路和數(shù)字電路分隔開之后，保持高、中、低速邏輯電路在PCB上也要用不同區(qū)域，PCB板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū)。噪聲元件與非噪聲元件要距離遠一些。熱敏元件與發(fā)熱元件距離遠一些。低電平信號通道遠離高電平信號通道和無濾波的電源線。將低電平的模擬電路和數(shù)字電路分開，避免模擬電路、數(shù)字電路和電源公共回線產(chǎn)生公共阻抗耦合。

PCB布線

當原理圖網(wǎng)表導入到PCB設計軟件中時，所有的元器件相互連接的引腳都是通過“鼠線”連接的，這些并沒有網(wǎng)絡屬性意義。如下圖所示：

圖 鼠線連接的PCB

這需要工程師把它們按照相應的設計約束規(guī)則相互連接起來。只有當所有的網(wǎng)絡連接在一起時，它們才有電氣特性。布線就是這樣一個作用，即把所有的信號網(wǎng)絡、電源網(wǎng)絡和地網(wǎng)絡都連接好。

在PCB布線時需要使用到設計約束規(guī)則，這些規(guī)則就包含信號網(wǎng)絡的線寬、差分對內(nèi)的線間距、差分對之間的等長誤差、傳輸線之間的間距要求、傳輸線的總長度、傳輸線對內(nèi)或者對間的分段等長要求等等。如下圖所示為Intel某平臺對PCIE設計的要求：

圖Intel某平臺對PCIE設計的要求

按照相應的要求完成布局、布線之后，就得到了一份錯落有致的PCB版圖，如下圖所示為連接好的PCB版圖：

圖 連接好的PCB版圖

PCB設計完成之后，就可以按照生產(chǎn)要求輸出生產(chǎn)文件，一般包括PCB生產(chǎn)文件、PCBA生產(chǎn)文件、鋼網(wǎng)文件等等。

PCB設計檢查表

在正式生成PCB生產(chǎn)文件之前，一般都會對PCB設計進行詳細的檢查，包括DFM、SI、PI、EMC、Thermal、可靠性等等檢查。如何檢查呢？有的公司是通過工具進行檢查，有的公司是通過各個工程師自己檢查，不管是哪一種，其實都是依照一定的規(guī)則進行檢查分析，也就是大家通常所說的PCB設計檢查。

這是一個常規(guī)的PCB設計檢查表，每一類產(chǎn)品使用的檢查表大同小異。一般建議按照自身產(chǎn)品的特定制作特定的PCB設計檢查表。

審核編輯：劉清