PCB设计思路

从事硬件多年，从开始害怕参加PCB布局布线的评审会议，从不知道如何看PCB，从发现不了PCB中的问题。到后来可以独立的看PCB，并且快速的发现PCB中的问题，到后面自己可以画PCB。总结了一些经验分享给大家，希望能对大家有帮助。本文不重点谈论PCB的设计细节，主要和大家分享一些设计思路和设计方法。希望能帮助到大家。

一、 PCB设计需要仔细分析机构

PCB设计是硬件电路的具体化，是硬件电路的物理载体。通过生产加工之后的PCBA（Printed Circuit Board +Assembly ），最后和产品机构组装在一起形成最终的产品形态。所以说PCB是否能够正确的适配机构壳体，直接决定PCBA最后是否可以正确合适的组装到一起。所以说在进行PCB设计之前，请认真分析产品机构壳体。PCB Layout工程师对于机构壳体的理解，对于减少PCB返工重做，保证产品成功有重要的意义。
那如何仔细分析机构呢？下面就和大家分享一下。

1、PCB Layout工程师要有立体想象能力：

机构工程师往往输出给PCB Layout工程师的机构文件是2D文件。2D文件虽然上面标注了限高等参数，但是文件在PCB EDA工具中显示是平面文件，所以需要PCB Layout工程师有立体想象能力。

2、身边最好放一个机构壳体：

对于比较复杂的壳体结构，它的立体结构往往很复杂，有条件的话身边最好放一个机构壳体。方便自己随时查看，核对。

3、与机构工程师组织会议进行交流：

为了方便了解壳体内部的可用机构空间，加深自己对机构2D文件的理解。遇到比较复杂的机构壳体时，最好能够与机构工程师组织会议系统的沟通一次。

4、进行机构纸质打印组装和输出3D文件给机构工程师进行核对：

在完成PCB布局（将元器件全部放置到PCB上）后，可以将PCB布局按照1：1打印出来贴在相类似板厚的纸板上，然后将PCB上的连接器、高器件、关键位置器件，利用胶水贴在PCB纸板上，然后放到机构壳体里面试装，如果担心内部器件干涉，可以在器件上涂上油墨，如果发生干涉油墨会粘在壳体上，方便进行分析，也可以在壳体上打一个小洞方便观察。同时使用PCB工具输出PCB布局的3D文件，提供机构工程师，让其导入机构设计图纸中，进行核对。
对于在PCB设计时还没有机构壳体的情况下，请认真执行第一、第三步骤。同时布局结束之后尽快输出PCB的3D文件给到机构进行机构核对。

二、 PCB设计需要有大局观

多数情况的PCB设计都是围绕一个CPU核展开，再复杂一些的就是双核，即有两个主控芯片，但是两个主控芯片往往也是只有一个是主要的，另一个是次要的。板子上的其他的电路都可以称为这个CPU的外围电路。有为保证CPU工作的最小系统的外围电路、有功能扩展的外围电路、有相互通讯的外围电路等等。只有了解以上的电路形态、电路功能，了解各个模块之间PCB走线的疏密情况，才能在PCB布局的时候，做到心中有数，即我所说的大局观。
有很多刚刚开始从事PCB设计的工程师，因为对PCB的电路分布情况、电路形态、整体的电路框架没有基本的认识。认为只要将电子元器件全部放到PCB板子上，然后将线走通，就万事大吉了。很显然这种想法是不正确的，对于简单的板子这样的处理可能不会出问题。如果对于复杂的、器件较多的板子来说，这样做最后都会吃苦头的。你会发现没有好的大局观，常常会导致PCB走线绕来绕去，需要紧密靠近的元器件因为空间利用不合理，不能放置在一起。最后导致的问题，多是结构壳体无法将PCB元器件放置不下去，然后倒逼着硬件工程师删减电路。或元器件能够放置到壳体，但是走线无法完成连通，不得不牺牲走线规则，将原本该走粗的线改成细线，从而导致PCB通流不够；敏感信号线之间间距不够，导致信号之间相关串扰；元器件放置过于拥挤，甚至发生干涉，导致生产加工自动化操作性降低、维修、返修困难等等问题。最终导致产品各种电气参数、硬件指标不能达到设计要求，生产加工成本高等等问题。
PCB设计需要大局观还有一点重要表现，即在开始模块电路元器件摆放时。一定要做到合理的紧密，对于PCB面积比较紧张单板来说，在一开始就要树立这个意识。只有将每一个模块都做到内部走线最短，最少，模块元器件面积最优。这样在最后的才可能将元器件全部放进去的同时留出足够的走线空间。

三、 PCB设计需要懂得信号流向

信号流向对于梳理PCB布局布线有指导的作用，明白信号从那里到那里，对于电路模块摆放有很大的指导作用。那么怎么能够明白信号走向呢？

1、从设计框图中：

新产品电路设计开始，都会进行框图设计，包括电源框图、逻辑框图，模块框图等，这些框图中都会清楚标注出信号的走向，通过这些框图，可以很清楚的知道信号走向。

2、学会看原理图：

原理图设计是最详细的信号流向图，对于PCB工程师，不要求了解原理图的细节，但是要知道原理图每个电路模块的基本作用，比如看到DCDC电路要知道，他是进行电压转换的。它的信号流是电流与电压，信号方向通常是从连接器接口进来。到各个模块的供电脚去，或到下一级的电源转换电路去。在比如一些逻辑开关的选择，它通常是进入几个信号，选择出一个信号，连接到下一个模块，或CPU的信号处理管脚。

四、 PCB设计需要了解关键信号

关键信号的设计，对于产品电气质量有重要的作用，产品的质量往往也由关键信号决定，比如电源、时钟等信号。电源信号是整个产品的血液，电源处理不好，则会影响整个系统的稳定性，影响各个模块的正常工作。而时钟信号如果处理不好，也会导致系统不稳定、高低温死机、时间不准等问题，严重直接导致CPU无法工作。
也有些产品特有的关键信号，比如音视频处理的产品，音频和视频就是关键信号，如果处理不好视频信号，显示可能会出现斜纹、雪花等问题。如果处理不好音频信号，则可能出现声音干扰，底噪大等问题。
PCB设计需要抓住关键信号，只有保证关键信号的质量，产品质量才能有保障。常见的关键信号有：CPU电源、时钟、MIPI、SPI、SDIO、eMMC、PLL电源、晶振时钟、EPHY信号、BT656、BT1120、I2C等。

五、 PCB设计需要懂得设计规格

设计规则是PCB设计的依据，只有懂得PCB设计规则，才能知道器件的摆放位置，比如去耦电容要靠近CPU管脚放置；才能知道PCB走线粗细，比如1A的电流通常需要线宽20mil以上；才能知道走线间距，比如高速信号通常间距3W以上，从而减少串扰等等。
那么怎么能够了解设计规则呢？对于一般常规的规则，记住即可。对于不常见，或者第一次绘制的电路模块来说，查看电路模块主要器件的说明手册是最好的办法。

六、 PCB设计需要多与周边团队交流

1、与硬件工程师沟通：

PCB电路的设计，其实是硬件电路的实现的手段。硬件电路设计灵魂人物是硬件工程师。对于公司有专门的PCB工程师，那就要求PCB工程师多与硬件工程师进行沟通。通过沟通要了解产品形态、设计框图、设计要点等等。

2、与机构工程师沟通：

与机构工程师沟通主要目的是为了加深自己对机构壳体了解程度。方便自己进行元器件的摆放。

3、与生产工艺工程师沟通：

生产工艺工程师主要任务是保证产品的可制造性。比如PCB在进行拼版时，就要考虑到当前的SMT机器是否可以加工，坐标原点的选取是否合理。DIP元器件摆放是否方便制作治具，从而进行自动化生产等等。通过与生产工艺工程师交流，可以帮助PCB工程师了解生产加工过程。从而在PCB设计过程中，能够给出最合理的布局方案。

七、 PCB设计需要有美感追求，

PCB的设计，其实在我看来和工笔画很类似。整体看起来工整、细致、缜密。不是东一榔头，西一棒子。是按照一定电气规则，通过放置电子元器件，构成的一幅画。所以我提倡大家在满足电气特性的情况下做到有美感。这个美感体现在各个方面，体现在放置模块电路时的整齐；体现在PCB走线时的笔直；体现在摆放时丝印字体大小方向的一致；体现在接口元器件放置位置的合理等等。其实有美感并不难，最重要的是要用心，内心有对美的追求。其他都可以使用手段来完成，比如对于元器件摆放整齐，可以通过将格点设置大一些进行比较细致的捕捉，PCB走线绘制好之后可以通过粘连的方式进行固定等等。希望大家在完成PCB设计时，或拿到PCBA能够感受到上面的工控美，能够感受到成就感。亦或在产品出货后，能感受到自己的一份自豪。