面向新设计人员的PCB设计基础知识

让我们设定场景：您刚刚安装了新的PCB设计程序，并准备好开始进行首个PCB布局。应该从何处入手？大多数工程师都擅长处理原理图和选择核心元件，但PCB布局新手可能会发现这个过程令人不知所措。PCB设计软件包含大量工具并遵循特定的工作流程，但初学者可以在了解一些PCB设计基础知识的情况下完成设计过程。

在本文中，我将介绍一些每位新设计师都应遵循的设计基础知识，以确保其设计过程取得成功。其中一些要点可能会挑战电路板构造方式方面的传统观点，但它们旨在帮助平衡低噪声信号、可制造性和解决布局的简易性。

开始新PCB设计的基础知识

PCB设计过程遵循标准工作流程，对于任何新设计师来说，了解此工作流程的展开方式非常重要。PCB设计的标准工作流程侧重于进行工程设计、完成物理PCB布局以及为制造准备最终设计。

了解PCB设计工作流程

在继续下一步之前，最好花点时间简要熟悉标准工作流程，因此请阅读上面的链接。设计工作流程将按以下步骤列表进行：

1. 选择有库存且可从主要经销商处采购的核心元件
2. 根据工程要求创建和审查原理图
3. 创建空白PCB、构建叠层并创建设计规则
4. 将原理图中的元件数据导入到新的PCB布局中
5. 放置元件并审查放置，以确保满足工程要求
6. 在元件之间布线迹线和连接
7. 清理PCB布局并执行最终设计审查
8. 准备设计输出并将其发送以进行制造

对设计流程有较高程度的了解后，请阅读下面的链接，了解PCB设计工作流程如何展开，以及每位设计人员完成新电路板必须执行的标准任务集。

• 了解有关标准PCB设计工作流程的更多信息

原理图和布局必须同步

如果您刚刚开始PCB设计师之旅，您可能会为设备创建原理图。每当对设计进行更改时，您都必须在布局中的原理图之间同步这些更改。具体而言，这包括以下任何设计更改：

• 添加、移除或交换元件
• 添加、移除或更改网络
• 将网络分组到网络类对象
• 更改元件参数信息（零件编号、供应商信息等）
• 应用于原理图中对象的任何其他电气规则或指令

做出任何更改后，必须将其应用到PCB布局中。这可以借助PCB设计软件中的导入功能完成。这可确保设计中的所有内容同步，并且软件中的设计规则引擎将正确读取您的设计数据。

了解PCB制造过程

您打算作为实体产品生产的任何设计都应该是可大规模制造的。ECAD软件将允许您在PCB布局中实现可想象的任何设计功能。不过，您的设计决策需要能够在标准流程中制造，因此设计人员需要熟悉PCB中可制造的限制。

这意味着每位PCB设计师都应该花时间学习PCB制造的基础知识，以便确保其设计完全可制造。这牵扯到设计流程中应包含的一组重要实践，即可制造性设计（DFM）。花点时间了解一些基本的设计错误，这些错误可能会使制造脱轨，并导致您的电路板在生产前被退回以重新设计。

• 了解有关可制造性设计的更多信息

设计规则是成功的关键

了解制造过程以及PCB制造商的一些标准功能后，您将更容易理解设计规则中施加的一些限制。大多数DFM问题与PCB中铜特征的尺寸或不同特征之间的间隙有关。PCB设计软件中编程的默认设计规则通常有点保守，您应该知道违反这些设计规则的限制。

例如，请考虑以下封装。该封装的焊盘到焊盘间距约为9密耳，但是将元件转移到PCB布局后，就会触发设计规则错误（以绿色显示）。您可以轻松违反此设计规则并将限制设置得更低，因为大多数制造商将需要大约5密耳的最小间距。在开始不遵从设计规则之前，请务必检查制造商能力表上的间隙。

使用接地平面

每个PCB都需要具有清晰的接地连接，以便设计中的所有元件都能形成完整的电路，并在整个设计过程中提供电力。接地可连接到电路板上的电池或外部电源。无论如何进行连接，都需要将该接地连接提供给PCB中的所有其他元件。到目前为止，最简单的方法是使用接地平面，其中PCB中的一层用于接地，并使用一大片铜覆盖整个层。

时至今日，许多新设计师仍对在PCB堆叠中放置接地平面犹豫不决，我感到非常惊讶。许多影响数字和模拟信号的基本噪声问题都可以追溯到设备中缺少接地平面。在现代PCB中，标准指导方针是在整个设备中使用固体接地平面。在一些例外情况下，PCB上的分层平面或星形接地是合适的，但这些方法并不适合绝大多数数字和模拟设计。

• 了解有关在PCB中接地的更多信息

布线前完成放置

将原理图数据传输到新的PCB布局后，您就必须在电路板周围放置元件。在设计的这一点上，您的目标是放置元件以确保设计可解性，这意味着可以轻松布线。因此，在放置元件并批准放置之前，最好避免进行任何布线。如果您在放置所有元件之前布线，则不可避免地必须更改布线。在进行任何布线之前，请尝试将布局设为所有网络交叉点最小化。

完成所有布置工作并最终确定后，即可开始布线PCB。如果您在开始进行PCB布局之前采纳了上述建议并审查了设计规则，那么您更有可能成功布线设计。当我们使用“成功”一词来描述布线时，我们通常指三个方面：

• 最大限度地减少对新信号层的需求以布线所有信号
• 尽可能减少层间过渡
• 最大限度地减少噪音，可通过在PCB堆叠中使用接地平面来实现
• 尽量将尽可能多的布线保持短且直接

此指南列表并不详尽，但它们适用于承载您将在整个PCB中布线的大部分信号的迹线。高速、低速、低频模拟和RF设计都利用了这些PCB布线技巧，因此要习惯在PCB布局中实施这些相同实践。

• 了解有关PCB布局布线的更多信息

不要忘记：您的目标是生产！

布局中所有元件均已布线并最终确定后，您的工作仍然没有完成。作为设计师，您需要根据PCB布局创建制造文件。PCB设计软件包含自动创建这些输出文件的工具。即使在准备输出之后，您仍然应该检查这些文件，以确保没有错误应用输出文件导出器中的任何设置，因此在将其发送给制造商之前，请花点时间审查所有内容。

• 了解有关设计输出和制造的更多信息

接下来会发生什么？

恭喜！您已完成设计阶段，接下来将进入制造阶段。您的制造商将审查设计，以确保符合其加工能力。如果所有内容都通过最终的DFM审查，您的电路板将进入生产和装配阶段。

了解PCB设计基础知识后，请尝试使用Altium Designer®中的全套PCB设计和布局功能。当设计完成并准备将文件递交给制造商时，Altium 365™平台可以轻松地协作并共享您的项目。您还可以完成全面的设计审查，以确保新电路板能够高产高质地生产。

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