在硬件设计中，PCB设计是其中非常重要、不可或缺的一个步骤。对于一些简单的产品，PCB设计可能只是简单地把所有的器件、网络对应地连接起来。而对于高速电路、射频电路，PCB的设计直接影响到产品的功能是否正常、产品是否能满足入市的要求。下面，将从PCB设计的流程、PCB布局、PCB布线、PCB设计检查表四个方面做介绍。
PCB设计的流程
PCB的质量直接决定了一款电子产品的好与坏，那么一个好的PCB设计流程就至关重要。很多工程师认为，PCB设计就是简单地把所有的元器件摆好之后，再把所有相关的器件引脚连接在一起。这是一种狭隘的观点，一个好的PCB设计流程从原理方案设计时就已经开始，比如如何选择合适的方案、选择合适的电子元器件等等。具体如下图所示：
具体包含了原理方案设计、原理图网表输出和导入、机械结构图导入、层叠结构设计和编辑、信号完整性（SI）/电源完整性（PI）前仿真、PCB布局、设计约束规则导入、PCB布线、信号完整性（SI）/电源完整性（PI）/电磁兼容性（EMC）/热后仿真、设计可制造性（DFM）检查、生成生产文件（Gerber）。这些工作可能是一个工程师完成的，也有可能是多个工程师合作完成的。当然，并不是每一个产品的PCB设计流程都是一样的，具体的产品可以根据这个流程进行适当的细化、增加或者删减。
下面将就PCB设计流程中的几个重要步骤做进一步的介绍。
PCB布局
在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可 以这样认为，合理的布局是 PCB 设计成功的第一步。简单的理解，PCB布局就是把所有的元器件按照功能结构、模块化、满足DXF的要求、满足顺畅布局布线等原则进行。
考虑整体美观 一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个 PCB 板上，组件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。
图 布局好的PCB
上面说到的只是一些大的方向和要求，其实PCB布局需要考虑到的因素非常多，比如常常会按照“先大后小，先满足结构后满足美观，先难后易”的布置原则，就是把重要的核心单元电路、高速电路、射频电路、核心元器件、接口电路优先布局，然后再把一些辅助性的电路布局好。在进行PCB布局设计时具体可以遵循以下原则进行布局。
1、布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。布局应尽量满足以下要求：
在没有特殊要求时，使布线的总长度尽可能短，关键信号线最短；
去耦电容的布局时，依据电容的大小尽量依照越小的电容越靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短 ；
减少信号回流路径，不要出现跨分割现象。
2、元器件的排列首先要满足功能的要求，同时还要便于后续调试和维修，即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间，太紧凑就会导致无法下烙铁。
3、相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。
4、同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元件也要尽量在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。
5、发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。除了温度传感器，三极管也属于对热敏感的器件。
6、高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开。
7、模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。
8、元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于将来的电源路径设计以及与其它电源平面分割开。
对于一些特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：
1、DC/DC 变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，整流二极管尽可能靠近调压元件和滤波电容器。以减小其线路长度。
2、电磁干扰（EMI）滤波器要尽可能靠近 EMI 源。尽可能缩短高频元器件之间的连接，设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近，输入和输出应尽量远离。
3、对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块扳子的结构要求，一些经常用到的开关，在结构允许的情况下，应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。
4、发热元件应该布置在 PCB 的边缘，以利散热。如果 PCB 为垂直安装，发热元件应 该布置在 PCB 的上方。热敏元件应远离发热元件。
5、在电源布局时，尽量让器件布局方便电源线布线走向。布局时需要考虑减小输入电源回路的面积。满足流通的情况下，避免输入电源线满板跑，回路圈起来的面积过大。电源线与地线的位置良好配合，可降低电磁干扰的影响。如果电源线和地线配合不当，会出现很多环路，并可能产生噪声。
6、高、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑制干扰的方法也不相同。所以在元件布局时，应将数字电路、模拟电路以及电源电路按模块分开布局。将高频电路与低频电路有效隔离，或者分成小的子电路模块板，之间用接插件连接。
7、布局中还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向路径等问题。为将干扰减轻到最小程度，模拟电路和数字电路分隔开之后，保持高、中、低速逻辑电路在 PCB 上也要用不同区域，PCB 板按频率和电流开关特性分区。噪声元件与非噪声元件要距离远一些。热敏元件与发热元件距离远一些。低电平信号通道远离高电平信号通道和无滤波的电源线。将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合。
PCB布线
当原理图网表导入到PCB设计软件中时，所有的元器件相互连接的引脚都是通过“鼠线”连接的，这些并没有网络属性意义。如下图所示：
图 鼠线连接的PCB
这需要工程师把它们按照相应的设计约束规则相互连接起来。只有当所有的网络连接在一起时，它们才有电气特性。布线就是这样一个作用，即把所有的信号网络、电源网络和地网络都连接好。
在PCB布线时需要使用到设计约束规则，这些规则就包含信号网络的线宽、差分对内的线间距、差分对之间的等长误差、传输线之间的间距要求、传输线的总长度、传输线对内或者对间的分段等长要求等等。如下图所示为Intel某平台对PCIE设计的要求：
图Intel某平台对PCIE设计的要求
按照相应的要求完成布局、布线之后，就得到了一份错落有致的PCB版图，如下图所示为连接好的PCB版图：
图 连接好的PCB版图
PCB设计完成之后，就可以按照生产要求输出生产文件，一般包括PCB生产文件、PCBA生产文件、钢网文件等等。
PCB设计检查表
在正式生成PCB生产文件之前，一般都会对PCB设计进行详细的检查，包括DFM、SI、PI、EMC、Thermal、可靠性等等检查。如何检查呢？有的公司是通过工具进行检查，有的公司是通过各个工程师自己检查，不管是哪一种，其实都是依照一定的规则进行检查分析，也就是大家通常所说的PCB设计检查。
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项目 |
检查内容 |
Y/N |
备注 |
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常规类检查项 |
禁止布局布线区域设置是否正确。(注意限高区)增加：晶振，电感，变压器下方画好禁布区。 |
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结构是否更新正确，螺孔大小，接口定位与方向是否正确。对于有疑问的接口方向有没有与结构工程师确认？ |
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结构是否是最终文件。 |
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封装是否经过检查。 |
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改版设计时，封装是否检查并更新（原点变化导致固定器件偏位等） |
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有出差工程师自建或临时替换的封装有没有进行复查和更正 |
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光绘设置是否正确。 |
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每种电源是否都有来源，宽度是否都满足载流量。过孔数量是否足够。 |
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原理图和PCB文件网表否是最新的，导入是否一致 |
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是否有未摆器件、是否有未连接网络、是否有多余线段 |
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IPC网表是否对比、并确认没有断路和短路存在 |
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规则设置 |
叠层设置是否正确。(包括正负片)是否有按增加的工艺制作说明进行规则设置 |
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差分线、单端线等线宽、线距规则设置是否正确。 |
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高电压安规设置是否正确。 |
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等长误差与最大长度设置是否正确。 |
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保护地是否设置2mm以上间距。 |
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是否有把相同分类的网络全部分配到对应的分组。 |
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相应规则是否打开。 |
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如果有隔离盘花焊盘，是否设置正确。 |
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布局 |
确保结构限高区没有摆放超过限制高度的器件。 |
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有顺序要求的（如LED，按键）是否符合结构要求摆放。 |
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TVS、ESD保护器件是否靠近接口放置。 |
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数字、模拟、高速、低速部分是否分开布局。模拟布局是否保证主通路走线最短。 |
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相同模块是否相同布局。 |
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源端与末端匹配器件布局是否正确。 |
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晶体、晶振及时钟驱动器摆放是否合理。 |
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开关电源是否按要求布局布线。(回路是否最小，是否做单点接地) |
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每种电源电压电容是否均匀分布。(0.1uf以下小电容每个电源管脚有一个)。 |
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热敏感器件是否远离电源和其他大功耗的元件(测温器件是否放在合适的位置)。 |
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绕线电感是否有平行摆放一起。（建议相互垂直摆放） |
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射频电路是否考虑一字型或者L型布局。 |
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隔离器件（如变压器）前后部分器件要分开布局。 |
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发热量大的器件也要相互分开，方便散热。 |
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确保禁布区没有放置器件。 |
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布线 |
锁相环电路，REF，电感两端走线是否加粗。 |
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信号或者电源孔密集处是否增加回流地孔。 |
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电源引脚出线是否都有20mil以上或同引脚一样宽。(包括热焊盘，上下拉电阻除外) |
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所有关键信号线走线是否有跨相邻平面层分割。 |
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射频线与天线是否处理正确(加粗控50ohm阻抗，并加上相应的参考面，陶瓷天线按要求挖空，射频线周边加屏蔽地过孔。) |
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模拟走线和不要求阻抗的线（如晶体时钟线，Reset等）是否加粗8mil以上。 |
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是否存在多余过孔和线，多余残桩（Stub）走线。 |
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是否存在直角和锐角走线。 |
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是否存在孤铜和无网络铜。 |
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有极性器件是否正确。(特别注意二极管、极性电容、ESD、LED等) |
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布线拓朴结构是否合理。 |
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隔离器件(光耦、共模电感、变压器等)是否做隔离或挖空处理。 |
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静电保护地，保护地与工作地是否已做隔离设计（至少相隔2.5mm） |
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电源模块、时钟模块是否有信号线走过，特别是开关电源电感下不能穿线。 |
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相邻信号层是否有平行走线。平行走线必需错开或者垂直走线，不可以重叠。 |
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差分线和重要信号线换层处是否加有回流地过孔。最好对称加上两个回流地孔。 |
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对敏感信号是否进行了地屏蔽处理，每500mil是否有一个过孔。 |
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多层板板边是否每150mil加有屏蔽地过孔。 |
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平面层是否有通孔隔离盘过大造成平面割断导致电源平面电流不足。 |
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电源平面与地平面比较是否有内缩。 |
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平面层各块电源网络是否都有花盘连接。 |
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IC与连接器是否都有电源和地管脚且加粗走线。 |
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发热量大器件铺铜面积是否足够大。是否在表层有加上散热开窗的铜皮。 |
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金手指上是否有铺铜，内层铺到金手指焊盘的一半的位置，金手指上是否有整块阻焊。 |
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器件(电阻电容电感等)引脚中间是否有过线。 |
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表层空白处是否有铺铜处理。 |
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两层板正反面地是否连接良好。特别注意电源和地在换层的地方过孔是否满足载流能力。 |
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串口芯片（例如232、485、429、422）部分电容走线是否加粗。 |
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时钟电路(包括晶体、晶振、时钟驱动器等）的电源是否进行了很好的滤波，对于时钟走线不能残桩（Stub）。 |
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做等长时，是否确保每个信号分组中的每一根网络都做到的等长。 |
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重要信号线是否优先布线，走在最优布线层。 |
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电源平面压差较大时，隔离带是否相应加宽。 |
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同组高速信号线的过孔数是否最少且个数一致，尽量小于2个过孔。 |
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输出产生文件检查 |
确定SMT器件是否有开钢网和所有器件开阻焊层。 |
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阻焊开窗是否与表层铺铜一致。 |
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确定器件字符及丝印标示方向是否正确，是否有干涉和文字错误上焊盘现象，器件1脚标示是否正确明显。 |
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走线线宽是否与生产说明一致。 |
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非金属化孔焊盘是否设置正确。 |
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板上标注是否正确。(包括Drill层说明及误差标注） |
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这是一个常规的PCB 设计检查表，每一类产品使用的检查表大同小异。一般建议按照自身产品的特定制作特定的PCB设计检查表。
