如今的PCB電路板無處不在，日常接觸到的手機，電腦，家用電器，玩具等等，拆開機械結構，里面都存在大大小小，各種功能的電路板。PCB是基本電子元器件和芯片最重要的載體，所以，PCB設計的優劣也直接決定了產品最終的性能。

本文通過一個實際案例，分析電路板的基本組成和PCB的主要設計流程。

電路板的基本組成

目前的電路板，主要由以下組成：

線路:線路是做為原件之間導通的工具，在設計上會另外設計大銅面作為接地及電源層。

介電層(Dielectric):用來保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱為基材孔(Through hole / via):導通孔可使兩層次以上的線路彼此導通，較大的導通孔則做為零件插件用，另外有非導通孔(nPTH)通常用來作為表面貼裝定位，組裝時固定螺絲用

防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的銅面都要吃錫上零件，因此非吃錫的區域，會印一層隔絕銅面吃錫的物質(通常為環氧樹脂)，避免非吃錫的線路間短路。根據不同的工藝，分為綠油、紅油、藍油。

絲印（Legend /Marking/Silk screen):此為非必要的結構，主要的功能是在電路板上標注各零件的名稱、位置框，方便組裝后維修及辨識用。

表面處理(Surface Finish):由于銅面在一般環境中，很容易氧化，導致無法上錫(焊錫性不良)，因此會在要吃錫的銅面上進行保護。保護的方式有噴錫(HASL)，化金(ENIG)，化銀(Immersion Silver)，化錫(Immersion Tin)，有機保焊劑(OSP)，方法各有優缺點，統稱為表面處理。

如圖所示，左邊是沉金的焊盤，右邊是噴錫后的焊盤。

PCB的設計流程

PCB設計的主要流程大概有以下十個步驟，其中層次化的設計等步驟不一定是必須的，跟公司的規模要求及設計的復雜度有關。主要包括從原理圖設計完成后輸出網表，然后布局布線，接著仿真，處理電源地EMC等熱管理，最后輸出文檔和質量管理等過程。

原理圖設計：在開始進行整板設計之前，首先需要完成原理圖設計。原理圖是電路的邏輯表示，包含各個組件的連接和功能。確保原理圖設計準確無誤，以避免在整板設計中出現問題。

PCB布局規劃：進行PCB布局之前，需要對整個電路板的尺寸、組件布局、連接方式等進行規劃。考慮到信號完整性、功率分布和散熱等因素，合理安排各個組件的位置和走線路徑。

層次化的設計：對于復雜的電路板設計，可以采用層次化的設計的方法，將不同功能的信號層、電源層和地層分開。這有助于減少信號干擾、提高整體性能。

信號完整性：保證高速信號的完整性是PCB設計中至關重要的一點。采取合適的差分對、匹配傳輸線長度、減少信號回波等措施，可以減少信號衰減和時序偏移。

電源和地線：在設計中要特別關注電源和地線的布局和連接。確保電源穩定性、地線低阻抗，以減少電源噪聲和信號干擾。

熱管理：對于需要高功率的組件，如處理器、功放器等，需要考慮散熱問題。合理布局散熱器、散熱片，確保足夠的空間和通風，以避免過熱引起故障。

焊盤和孔的設計：選擇合適的焊盤和孔的尺寸和形狀，以適應所使用的組件和焊接工藝。確保焊盤和孔的質量和可靠性，以減少焊接問題和連接失效。

EMI/EMC設計：電磁兼容性是PCB設計中一個重要的考慮因素。通過合適的屏蔽、接地、濾波等措施，減少電磁干擾和輻射，確保產品符合相關的EMI/EMC標準。

文檔輸出：在PCB設計過程中，要及時進行標記和記錄。給每個元件、連接線、層次等進行適當的標記，編寫詳細的設計文檔，以方便后續的調試和維護工作。

設計規范和標準：遵循相關的PCB設計規范和標準，如IPC標準，以確保設計的可靠性和可制造性。

實際的設計案例

假定設計一個基于ARM平臺的PCB板卡。

設計的大概的思路：

1、抓取模塊，按模塊擺放元器件。擺模塊可以對整板進行一個了解。可以了解到板子上有哪些需要注意的。如有哪些重要信號，以及整板的一個電源分布走向。模塊抓取完成后開始布局。

2、布局完成后，規劃疊層。此板的層數由 DDR4 部分決定。我選擇了走 FLYBY 的拓撲。所以只能走假八層的六層板。整板需要控制阻抗的信號線有 DDR4 USB HDMI 等。

3、設置規則，開始走線。先從主芯片 BGA 開始出線，將 DDR4 的線先完成。DDR4以及主芯片拉線完成后可以先看一下內存繞線是否有瓶頸。DDR的信號最多，而且速率高，比較敏感，是前期設計最需要著重評估的地方。然后開始外圍器件的布線。USB HDMI 的高速線注意阻抗連續性以及間距控制，網口部分注意防雷擊，音頻部分需注意模擬地與數字地的劃分等。電源部分走線需注意電流的大小，走向。

4、走線完成后，開始 DDR4 繞線、差分對內等長、 FLASH 以及 RGMII 的繞線。

5、最后進行整板的調整，主要處理絲印檢查，文字處理等。檢查無誤后，出 GBR 。