PCB設計的流程
PCB的質量直接決定了一款電子產品的好與壞，那麼一個好的PCB設計流程就至關重要。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後，再把所有相關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：
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節。布局結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構、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 一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認為該產品是成功的。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
1、布局中應參考原理框圖，根據單板的主信號流向規律安排主要元器件。布局應儘量滿足以下要求：
- 在沒有特殊要求時，使布線的總長度儘可能短，關鍵信號線最短；
- 去耦電容的布局時，依據電容的大小儘量依照越小的電容越靠近IC的電源管腳，並使之與電源和地之間形成的迴路最短 ；
- 減少信號回流路徑，不要出現跨分割現象。
3、相同結構電路部分，儘可能採用「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儘量在X或Y方向上保持一致，便於生產和檢驗。
5、發熱元件要一般應均勻分布，以利於單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發熱量大的元器件。除了溫度傳感器，三極體也屬於對熱敏感的器件。
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、模擬信號與數位訊號分開；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儘量放在一起，以便於將來的電源路徑設計以及與其它電源平面分割開。
對於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、開關元件和整流器應儘可能靠近變壓器放置，整流二極體儘可能靠近調壓元件和濾波電容器。以減小其線路長度。
2、電磁干擾（EMI）濾波器要儘可能靠近 EMI 源。儘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，輸入和輸出應儘量遠離。
3、對於電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元器件的布局應考慮整塊扳子的結構要求，一些經常用到的開關，在結構允許的情況下，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，發熱元件應 該布置在 PCB 的上方。熱敏元件應遠離發熱元件。
5、在電源布局時，儘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迴路的面積。滿足流通的情況下，避免輸入電源線滿板跑，迴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，會出現很多環路，並可能產生噪聲。
6、高、低頻電路由於頻率不同，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。
PCB布線
當原理圖網表導入到PCB設計軟體中時，所有的元器件相互連接的引腳都是通過「鼠線」連接的，這些並沒有網絡屬性意義。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則相互連接起來。只有當所有的網絡連接在一起時，它們才有電氣特性。布線就是這樣一個作用，即把所有的信號網絡、電源網絡和地網絡都連接好。
在PCB布線時需要使用到設計約束規則，這些規則就包含信號網絡的線寬、差分對內的線間距、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、傳輸線對內或者對間的分段等長要求等等。如下圖所示為Intel某平台對PCIE設計的要求：
圖Intel某平台對PCIE設計的要求
按照相應的要求完成布局、布線之後，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設計完成之後，就可以按照生產要求輸出生產文件，一般包括PCB生產文件、PCBA生產文件、鋼網文件等等。
PCB設計檢查表
項目
檢查內容
Y/N
備註
常規類檢查項
禁止布局布線區域設置是否正確。(注意限高區)增加：晶振，電感，變壓器下方畫好禁布區。
結構是否更新正確，螺孔大小，接口定位與方向是否正確。對於有疑問的接口方向有沒有與結構工程師確認？
結構是否是最終文件。
封裝是否經過檢查。
改版設計時，封裝是否檢查並更新（原點變化導致固定器件偏位等）
有出差工程師自建或臨時替換的封裝有沒有進行複查和更正
光繪設置是否正確。
每種電源是否都有來源，寬度是否都滿足載流量。過孔數量是否足夠。
原理圖和PCB文件網表否是最新的，導入是否一致
是否有未擺器件、是否有未連接網絡、是否有多餘線段
IPC網表是否對比、並確認沒有斷路和短路存在
規則設置
疊層設置是否正確。(包括正負片)是否有按增加的工藝製作說明進行規則設置
差分線、單端線等線寬、線距規則設置是否正確。
高電壓安規設置是否正確。
等長誤差與最大長度設置是否正確。
保護地是否設置2mm以上間距。
是否有把相同分類的網絡全部分配到對應的分組。
如果有隔離盤花焊盤，是否設置正確。
布局
確保結構限高區沒有擺放超過限制高度的器件。
有順序要求的（如LED，按鍵）是否符合結構要求擺放。
TVS、ESD保護器件是否靠近接口放置。
數字、模擬、高速、低速部分是否分開布局。模擬布局是否保證主通路走線最短。
相同模塊是否相同布局。
源端與末端匹配器件布局是否正確。
晶體、晶振及時鐘驅動器擺放是否合理。
開關電源是否按要求布局布線。(迴路是否最小，是否做單點接地)
每種電源電壓電容是否均勻分布。(0.1uf以下小電容每個電源管腳有一個)。
熱敏感器件是否遠離電源和其他大功耗的元件(測溫器件是否放在合適的位置)。
繞線電感是否有平行擺放一起。（建議相互垂直擺放）
射頻電路是否考慮一字型或者L型布局。
發熱量大的器件也要相互分開，方便散熱。
確保禁布區沒有放置器件。
布線
鎖相環電路，REF，電感兩端走線是否加粗。
信號或者電源孔密集處是否增加回流地孔。
電源引腳出線是否都有20mil以上或同引腳一樣寬。(包括熱焊盤，上下拉電阻除外)
所有關鍵信號線走線是否有跨相鄰平面層分割。
射頻線與天線是否處理正確(加粗控50ohm阻抗，並加上相應的參考面，陶瓷天線按要求挖空，射頻線周邊加屏蔽地過孔。)
模擬走線和不要求阻抗的線（如晶體時鐘線，Reset等）是否加粗8mil以上。
是否存在多餘過孔和線，多餘殘樁（Stub）走線。
是否存在直角和銳角走線。
是否存在孤銅和無網絡銅。
有極性器件是否正確。(特別注意二極體、極性電容、ESD、LED等)
布線拓樸結構是否合理。
隔離器件(光耦、共模電感、變壓器等)是否做隔離或挖空處理。
靜電保護地，保護地與工作地是否已做隔離設計（至少相隔2.5mm）
電源模塊、時鐘模塊是否有信號線走過，特別是開關電源電感下不能穿線。
相鄰信號層是否有平行走線。平行走線必需錯開或者垂直走線，不可以重疊。
差分線和重要信號線換層處是否加有回流地過孔。最好對稱加上兩個回流地孔。
對敏感信號是否進行了地屏蔽處理，每500mil是否有一個過孔。
多層板板邊是否每150mil加有屏蔽地過孔。
平面層是否有通孔隔離盤過大造成平面割斷導致電源平面電流不足。
電源平面與地平面比較是否有內縮。
平面層各塊電源網絡是否都有花盤連接。
IC與連接器是否都有電源和地管腳且加粗走線。
發熱量大器件鋪銅面積是否足夠大。是否在表層有加上散熱開窗的銅皮。
金手指上是否有鋪銅，內層鋪到金手指焊盤的一半的位置，金手指上是否有整塊阻焊。
器件(電阻電容電感等)引腳中間是否有過線。
表層空白處是否有鋪銅處理。
兩層板正反面地是否連接良好。特別注意電源和地在換層的地方過孔是否滿足載流能力。
串口晶片（例如232、485、429、422）部分電容走線是否加粗。
時鐘電路(包括晶體、晶振、時鐘驅動器等）的電源是否進行了很好的濾波，對於時鐘走線不能殘樁（Stub）。
做等長時，是否確保每個信號分組中的每一根網絡都做到的等長。
重要信號線是否優先布線，走在最優布線層。
電源平面壓差較大時，隔離帶是否相應加寬。
同組高速信號線的過孔數是否最少且個數一致，儘量小於2個過孔。
輸出產生文件檢查
確定SMT器件是否有開鋼網和所有器件開阻焊層。
阻焊開窗是否與表層鋪銅一致。
確定器件字符及絲印標示方向是否正確，是否有干涉和文字錯誤上焊盤現象，器件1腳標示是否正確明顯。
走線線寬是否與生產說明一致。
非金屬化孔焊盤是否設置正確。
板上標註是否正確。(包括Drill層說明及誤差標註）
這是一個常規的PCB 設計檢查表，每一類產品使用的檢查表大同小異。一般建議按照自身產品的特定製作特定的PCB設計檢查表。
本文作者：信號完整性公眾號 蔣修國
文章部分內容收錄到《硬體十萬個為什麼——開發流程》