PCB设计流程与经验分析

林秀凤

摘 要：印制电路板（PCB）设计流程比较复杂，主要包括前期准备、PCB设计环境设置、PCB元器件位置规划、PCB布线、PCB线路优化、PCB审核和PCB制板。因此，本文分析了PCB设计流程与经验。

关键词：前期准备;设置;规划;布线;优化

中图分类号：TM303.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）35-0059-03

Abstract： The printed circuit board （PCB） design process is more complicated， mainly including preliminary preparation， PCB design environment setting， PCB component location planning， PCB wiring， PCB circuit optimization， PCB review， and PCB manufacturing. Therefore， this paper analyzed the PCB design process and experience.

Keywords： preparatory;set up;planning;wiring;optimizes

在日常生活中，印制电路板（PCB）随处可见，它广泛分布在家用电器、计算机和其他电子产品里，只要是电子产品，几乎都会用到PCB。PCB是电子产品中电路元器件的支撑件，它为电路元件与器件之间的电气提供连接。所以，本文分析了PCB设计流程与经验。

1 前期准备

根据硬件工程师制作的原理图，人们要导出ASC文档，即网络表，将其导入PCB设计系统。如果用到PCB元件封装库里没有的新封装，PCB LAYOUT工程师需要根据所选元件的规格，给出封装PCB的建议尺寸。一般来说，为了保证元器件贴片时互不影响摆放，人们会按照元器件的尺寸，适当加宽加长，制作新封装（一般会将制作的新元件封装备份一份，存放在个人制作的元件封装库里）。PCB元件封装制作的要求较高，它直接影响PCB的元件贴片成功与否[1]。

2 PCB设计环境设置

打開PCB设计工具软件后，人们要设置好PCB设计环境，如元件、走线和VIA等移动栅格的大小，布线参数以及板层参数。布线参数包括最小线宽、常规线宽、最大线宽、线与线的间距、线与元件焊盘的间距、线与VIA的间距、线与铜箔的间距、线与板框的间距、元件焊盘与板框的间距等。板层参数包括层面走线的颜色、VIA的颜色、铜箔的颜色、DRC的颜色、2D线颜色、字符文本颜色和网络信号名的显示颜色等。

大多数参数都可以用系统给出的默认值，这些参数经过设置后符合布板常规要求和个人习惯，以后可以不用再设置。

3 PCB元器件位置规划

元器件摆放是PCB设计的首要环节，PCB功能越多，元器件位置规划的好坏越影响PCB布通的难易度[2]。

按照结构工程师给出的电路板面积大小与装配定位孔等组装要求，在PCB已设置好工作环境的条件下，先画出PCB板框，然后根据结构需求，摆放接口器件、按键/开关、定位孔和螺丝孔等结构件。其间遵照“先主后次，先中间后两边”的摆放规律，即主要电路、主要芯片应当先行摆放，按照原理图设计的页面和模块，合理布局PCB。如果PCB没有结构要求，就要先考虑PCB的尺寸大小。PCB面积较大时，走线就比较长，走线的阻抗值增加，抗噪功能就会下降，费用就会上升;若PCB面积太小，PCB的散热性能就不佳，而相邻走线间距比较小，容易互相干扰。明确PCB面积后，要确认异常元器件的结构摆位，然后按照电流通路，逐步摆放原理图上的器件。

若线路具有相同功能，相关元件最好就近摆放，并调整各元器件方向，使布局便于网络信号的流通，并让网络连接尽量维持相同的方向，使其连线路径最短。同时，可以调节不同模块之间的摆放方位，使之连线路径最短。另外，输入与输出的功能块最好间隔一定的距离摆放。

对于体积大或者比较重的元器件，应该研究其装配方位及其装配难易程度;温度容易上升的元器件应尽量远离对热能比较敏感的元器件，还要考虑散热问题;I/O驱动元器件尽量靠近PCB板边放置，好就近引出接插件;晶体谐振器应尽可能摆放在IC的PIN脚附件上，使之走线最短[1]。

PCB质量必须符合产品电气性能和机械结构要求，PCB器件摆放整体力求平均分布，井井有条，不要虎头蛇尾，不能偏重一边[2]。摆放元器件时，必须留意元器件的实物尺寸（特别是高度，要注意结构要求的限高区），还要考虑元器件相对的摆放间距。在确保PCB电气性能及生产装配切实可行的前提下，适当调整元器件的摆放位置，尽量对齐摆放，横平竖直，使之更加整齐美观，焊接也更容易，这样易于批量生产[2]。

一般来说，摆放于PCB边缘的元器件要求距离板边不小于2 mm。在没有结构要求的情况下，PCB的最佳形状为矩形。最佳的长宽比为3∶2或者4∶3。当PCB的尺寸大于200 mm×150 mm时，应考虑PCB所承受的机械强度[3]。

PCB布局与PCB整板的外形美观度和走线布通的难易度相关，所以要多花点心思，磨刀不误砍柴工。布局时，疑惑之处可以先试着布线，看看走线是否通顺，然后进行调整布局。

4 PCB布线

PCB的走线布通是PCB设计中工作量最大、费时最多的环节，与PCB的电气性能优劣有关。在PCB布线工程中，布通是最基本的条件。PCB走线布通后，要调整布线，让PCB实现最好的电气功能（电气性能是否满足是权衡PCB是否合格的准则）。最后，尽量优化布线，使之整齐划一，方便测试、维修以及后续改版。

通常，人们会先走电源线及GND走线，或者预留足够的空间，确保PCB的电气功能。在空间允许的情况下，尽量加宽电源和地线的宽度，还要打上足够多的VIA孔，保证连通与散热。核心的IC颗粒先引线，走线用45°折线，尽量避免走90°，更不要用锐角走线，高频信号线还要求采用圆弧走线，如WIFI等。CLK、DDR、EMMC、HDMI、MIPI、LVDS和USB等是主要信号，相邻层走线要避免平行和交叉，最好是垂直走线，同组信号尽量同层走线，差分对一起平行走线，同层走线，对内误差要尽量小，整组要求做到等长。

在PCB层面有限而信号层走线不通的情况下，为了节约成本，只能在电源层或者地层走线，最初在电源层走线，然后分布到地层，最好保持地层的完整性[1]。

5 PCB线路优化

PCB设计没有最好，只有更好。不管前期花多少心思去设计，后期检查时再审视设计的PCB，人们还是觉得有很多地方可以优化。有时候，优化时间比前期花的时间还要多。PCB布线优化完成后，要进行后处理，比如，做好PCB板面的丝印标识，让使用PCB板的人更易识别，一目了然。

在线路走通的情况下，要结合元器件的优化线路，使之更合理。比如，直插的元器件，走线尽量走元器件摆放的背面层;贴片的元器件，放置在正面就尽量走正面，放置在背面就尽量走背面层，尽可能减少过孔数，同时方便调试与检查。同时，人们要做好关键信号的优化处理。关键信号（如时钟信号）走线直，长度最短，应进行完整包地处理，避免产生干扰。

输入端和输出端的LAYOUT尽量防止相邻走线，避免平行走线，以免产生发射干扰，最好加GND走线进行间隔。

6 PCB审核

电路板审核是电路板外发制板前的必要步骤，电路板审核主要有：原理图审核、结构审核、网络及元器件的安全间距审核、电源通道与地平面审核等。要先审核原理图的正确与否，然后确认电路板的结构与限高。网络及元器件的安全间距可以在绘图软件里面设置好。电源通道的宽度需求看通过的电流大小，一般原理图里面有说明。地平面肯定是越大越完整越好。

PCB LAYOUT布通后，要仔细审核LAYOUT是不是与设计人员设置的布线规格相符，确定设计规格是否满足PCB厂家加工工艺的要求。首先，要确认PCB板框尺寸是否符合终端产品的安装和性能测试要求。在PCB设计中，人们要注意安装尺寸，特别是一些定位螺丝孔的位置和尺寸。对于高度比较大的元器件，要确认放置在限高区域内的元器件高度是否超出要求。

对于有极性的元器件（如二极管、三极管和MOS管等），确认采购的实物跟PCB元器件封装是否一致。很多时候，对于同一个元器件，不同生产厂家会有不同的封装尺寸，有时即使是同样的厂家，生产批次不同，元器件的实物尺寸跟厂家提供的封装尺寸也不一致。所以，要考虑元器件的可替代性，预留出可替换的元器件封装位置，防止因采购不到物料而出现替代情况[1]。

字符层的标注与摆放要按照看板人员的习惯，从上到下，从左到右，整齐摆放。元器件比较密集的区域可以把字符标注引到附件相对宽裕的地方。

元器件擺放要考虑后期维修拆卸，尽量方便拆装。要注意大电流路径是否足够宽敞，载流能力是否达到，必要时要加宽铜箔。对于有连接器的大电流焊盘，要加强焊盘的走线连接;有插件的元器件焊盘，走线连接也要进行加宽处理，防止拆装时被牵连，引起连接不良。

7 PCB制板

一般来说，在发给板厂制作之前，PCB LAYOUT工程师会重复审核PCB，直到各方面都确认良好。最后，把生产文件和制板说明一起打包成邮件发给制板企业。正式加工生产前，PCB厂家会就一些PCB加工问题在邮件上与PCB LAYOUT工程师确认。这其中包括但不限于以下内容：PCB板材型号的选择、线路线宽线距的调整、阻抗控制的调整、PCB层叠厚度的调整、表面处理加工工艺、孔径公差控制与交付标准等[3]。

8 结论

本文主要介绍了PCB设计流程与经验，其从前期准备开始，然后进行PCB设计环境设置、PCB元器件位置规划、布线布通、PCB布局和布线优化、PCB审核，最后进行发板制作。PCB设计是一项考验细心度和经验积累的工作，PCB LAYOUT工程师的心思细腻，经验丰富，设计出来的PCB才会具有良好质量。设计过程要充分考虑各个方面的需要，既要考虑电路板的实用性，也要考虑电路板的整体美观性。只有精益求精，才能设计出更好的PCB。电子技术发展日新月异，电路板的精细度越来越高，电子产品的功能越来越全。人们都希望PCB在有限的空间里实现更多的功能，同时还要控制成本，使得PCB布局越来越密。总之，PCB设计的优劣对产品抗干扰能力的影响很大。

参考文献：

[1]胡宗海，赵彦，王立平，等.PCB设计流程的改进研究[J].成都工业学院学报，2017（1）：16-19.

[2]朱凌.PCB的设计流程[J].科技风，2012（1）：113.

[3]候泽红.设计与制作PCB板的工艺流程综述[J].民营科技，2013（5）：2.