如今的PCB電路板無(wú)處不在，日常接觸到的手機(jī)，電腦，家用電器，玩具等等，拆開機(jī)械結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)的優(yōu)劣也直接決定了產(chǎn)品最終的性能。

本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例，分析電路板的基本組成和PCB的主要設(shè)計(jì)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(dǎo)通的工具，在設(shè)計(jì)上會(huì)另外設(shè)計(jì)大銅面作為接地及電源層。

介電層(Dielectric):用來(lái)保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱為基材孔(Through hole / via):導(dǎo)通孔可使兩層次以上的線路彼此導(dǎo)通，較大的導(dǎo)通孔則做為零件插件用，另外有非導(dǎo)通孔(nPTH)通常用來(lái)作為表面貼裝定位，組裝時(shí)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(qū)域，會(huì)印一層隔絕銅面吃錫的物質(zhì)(通常為環(huán)氧樹脂)，避免非吃錫的線路間短路。根據(jù)不同的工藝，分為綠油、紅油、藍(lán)油。

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

表面處理(Surface Finish):由于銅面在一般環(huán)境中，很容易氧化，導(dǎo)致無(wú)法上錫(焊錫性不良)，因此會(huì)在要吃錫的銅面上進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)的方式有噴錫(HASL)，化金(ENIG)，化銀(Immersion Silver)，化錫(Immersion Tin)，有機(jī)保焊劑(OSP)，方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，統(tǒng)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(shè)計(jì)流程

PCB設(shè)計(jì)的主要流程大概有以下十個(gè)步驟，其中層次化的設(shè)計(jì)等步驟不一定是必須的，跟公司的規(guī)模要求及設(shè)計(jì)的復(fù)雜度有關(guān)。主要包括從原理圖設(shè)計(jì)完成后輸出網(wǎng)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(zhì)量管理等過(guò)程。

原理圖設(shè)計(jì)：在開始進(jìn)行整板設(shè)計(jì)之前，首先需要完成原理圖設(shè)計(jì)。原理圖是電路的邏輯表示，包含各個(gè)組件的連接和功能。確保原理圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無(wú)誤，以避免在整板設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題。

PCB布局規(guī)劃：進(jìn)行PCB布局之前，需要對(duì)整個(gè)電路板的尺寸、組件布局、連接方式等進(jìn)行規(guī)劃。考慮到信號(hào)完整性、功率分布和散熱等因素，合理安排各個(gè)組件的位置和走線路徑。

層次化的設(shè)計(jì)：對(duì)于復(fù)雜的電路板設(shè)計(jì)，可以采用層次化的設(shè)計(jì)的方法，將不同功能的信號(hào)層、電源層和地層分開。這有助于減少信號(hào)干擾、提高整體性能。

信號(hào)完整性：保證高速信號(hào)的完整性是PCB設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一點(diǎn)。采取合適的差分對(duì)、匹配傳輸線長(zhǎng)度、減少信號(hào)回波等措施，可以減少信號(hào)衰減和時(shí)序偏移。

電源和地線：在設(shè)計(jì)中要特別關(guān)注電源和地線的布局和連接。確保電源穩(wěn)定性、地線低阻抗，以減少電源噪聲和信號(hào)干擾。

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

焊盤和孔的設(shè)計(jì)：選擇合適的焊盤和孔的尺寸和形狀，以適應(yīng)所使用的組件和焊接工藝。確保焊盤和孔的質(zhì)量和可靠性，以減少焊接問(wèn)題和連接失效。

EMI/EMC設(shè)計(jì)：電磁兼容性是PCB設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的考慮因素。通過(guò)合適的屏蔽、接地、濾波等措施，減少電磁干擾和輻射，確保產(chǎn)品符合相關(guān)的EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)。

文檔輸出：在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，要及時(shí)進(jìn)行標(biāo)記和記錄。給每個(gè)元件、連接線、層次等進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，編寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)文檔，以方便后續(xù)的調(diào)試和維護(hù)工作。

設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：遵循相關(guān)的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如IPC標(biāo)準(zhǔn)，以確保設(shè)計(jì)的可靠性和可制造性。

實(shí)際的設(shè)計(jì)案例

假定設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM平臺(tái)的PCB板卡。

設(shè)計(jì)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(duì)整板進(jìn)行一個(gè)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(hào)，以及整板的一個(gè)電源分布走向。模塊抓取完成后開始布局。

2、布局完成后，規(guī)劃疊層。此板的層數(shù)由 DDR4 部分決定。我選擇了走 FLYBY 的拓?fù)洹Ｋ灾荒茏呒侔藢拥牧鶎影濉Ｕ逍枰刂谱杩沟男盘?hào)線有 DDR4 USB HDMI 等。

3、設(shè)置規(guī)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(nèi)存繞線是否有瓶頸。DDR的信號(hào)最多，而且速率高，比較敏感，是前期設(shè)計(jì)最需要著重評(píng)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(xù)性以及間距控制，網(wǎng)口部分注意防雷擊，音頻部分需注意模擬地與數(shù)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(duì)內(nèi)等長(zhǎng)、 FLASH 以及 RGMII 的繞線。

5、最后進(jìn)行整板的調(diào)整，主要處理絲印檢查，文字處理等。檢查無(wú)誤后，出 GBR 。