PCB Layout设计中的一些设计原则总结

PCB Layout作为硬件设计中的一个重要环节，在硬件电路设计合理的情况下，它是影响性能的一个绝对重要的指标。很多的PCB Layout工程师都是按照硬件工程师或者PI SI工程师给出的约束规则来完成布局布线，这些就是俗称的“拉线工”。他们重复而机械的完成一块块PCB Layout，一段时间后，他们中的一些或许已经有了这样的一些经验：哪些要做等长，哪些要走粗、哪些要平行，保证合适的线距等等。但是，他们凭的是所谓的经验，很多是知其然不知其所以然。我觉得，要想有所突破的话，就必须要拓宽自己的知识面。也就是PCB Layout工程师不能让别人把自己当做“拉线工”来看待。

首先，你要具备一定的电路理解能力（当然像硬件工程师那样的设计能力不是必要的，如果能，那最好）；

其次，需要具备SI/PI工程师做PI/SI分析的能力（当然需要有射频仿真的能力也不是必须的，如果能，那最好）。具备这些知识以后，你不但具备设计一款好的PCB能力，也有和硬件、SI/PI工程师理论的资本，甚至可以从PCB设计上给出他们电路设计的建议。

话不多说，从一些PCB设计中总结的一些原则：

一、关于布局

1.布局，就是将电路元件合理的放置。那怎么样的放置是合理的，一个简单的原则就是模块化划分清晰，也就是说有一定电路基础的人，拿到你的PCB就能够看出哪块是用来实现什么功能的。

2.具体的设计步骤：首先根据原理图，生成初始的PCB文件，完成PCB的预布局，确定一个相对的PCB Layout面积，然后告诉结构，结构根据我们给出的面积，然后根据整体的结构设计，给出具体的约束。

3.根据结构的约束完成板边、定位口以及一些禁布区的绘制，然后完成接插件的摆放。

4.元件的摆放原则：一般情况下主控MCU都是置于板子的中心位置，然后接口电路靠近接口放置（比如网口、USB、VGA等等），并且大部分接口都有ESD防护还有滤波处理。遵循的原则是先防护后滤波。

5.然后就是电源模块，一般主电源模块放置在电源入口处（比如系统5V），分立的电源模块（比如模块电路供电的2.5V）可以根据实际情况放置在相同电源网路比较密集的地方。

6.一些内部的电路，没有引到接插件的。我们一般遵循这样一个基本原则：高速、低速分区域，模拟、数字分区域，干扰源、敏感受体分区域。

7.然后对于单个电路模块来说，遵循电路设计的时候的电流流向来设计。

总体的电路布局，大概就是这样，欢迎大神补充和指正。

二、关于布线

1.布线，最基本的要求就是要保证所有网络有效连通。连通，是很容易做到的，有效又是一个比较模糊的概念。其实，电路中的信号无外乎两种：数字信号和模拟信号，对数字电路来说就是保证足够的噪声容限，对模拟信号来说，尽量做到零损失。

2.布线前，一般需要了解整个PCB板层叠设计，即把所有的布线层规划为：最优布线层、次优布线层。。。。，最优布线层，也就是相邻面试完整的地平面，这层我们一般用来布重要的信号（包括DDR中的所有信号、差分信号、模拟信号等等）。其他信号（I2C、UART、SPI、GPIO）走其他层，并且保证重要区域只存在此电路相关信号（比如DDR、网口等）

3.然后高速信号布线时需要考虑反射、串扰、EMC等问题，所以一般都需要做阻抗匹配，比如单线50R、差分线100R等等，具体以实际设计为准（原则是保证阻抗相等、连续），串扰方面主要考虑3W/2W原则，包地处理等等。

4.电源和功率电路，首先要保证足够的带载能力，即电源的整个回流路劲尽可能的粗和短，从EMC角度叫，回流为环路，形成环路天线，对外辐射，所以尽可能的减小环路面积。

总体的电路布线，大概就是这样，欢迎大神补充和指正。

三、关于地

1.接地和地设计在PCB设计中是非常重要的一环，因为地作为一个重要的参考平面，假如地平面设计出问题了，其他信号也是没办法稳定。

2.地一般我们分为机壳地和系统地，机壳地顾名思义就是产品的钣金连接到的地，系统地即是作为整个电路系统的参考平面。

3.一般系统地和机壳的实际原则是：机壳地和系统地分割，然后系统地通过磁珠和高压电容单点或者多点连接。

4.关于系统地：从功能上分为数字地、模拟地、功率地。（关于地分分割一直存在争论，我这里人观点。）

首先，布局非常合理的情况下，我认为地可以不用分割。何谓布局非常合理，即数字区域只有数字信号、模拟区域只有模拟信号、功率区域只有功率信号，并且在他们的下方都存在完整的地平面。因为电流和水流很相似，他们都是往低处流，他们下方都存在完整的地平面，所以从最短、最低原则，他们直接在下方回流，而不会窜到其他的地方去。

但是，有些时候，并不是这么理想，各区域都存在一些交叉，这个时候一般选择单点了解，使用0R电阻（不建议使用磁珠，因为高频时，磁珠有滤波效果）。电阻的摆放位置靠近交叉最密集的地方，是会流面积最小。