设计PCB电路板需要经过哪些流程？

不管是单面板、双面板、多层板的设计，之前都是用protel设计出来的，现有用Altium Designer（前身即protel）、PADS、Allegro等设计。

设计PCB电路板是一个多步骤的系统工程，通常包含以下主要流程（按顺序）：

需求分析与规格制定：
- 理解产品的功能要求、性能指标（如工作频率、功耗、信噪比等）。
- 确定电路板的机械尺寸、安装方式、连接器位置和类型。
- 明确环境要求（温度、湿度、震动）、电磁兼容性要求、安全规范、成本预算。
- 制定详细的硬件规格说明书。
原理图设计：
- 根据系统功能和规格，选择合适的电子元器件（IC、电阻、电容、连接器等），并完成元件选型。
- 使用EDA软件绘制电路的逻辑连接图（原理图）。
- 为每个元器件分配唯一的标识符。
- 进行电气规则检查（ERC）以确保原理图中无电气连接错误（如短路、开路、悬空引脚）。
- 必要时进行电路仿真（模拟、数字或混合信号），验证设计的功能和性能。
PCB设计准备：
- 元件库创建/管理： 确保所有使用到的元器件在EDA软件中有对应的、准确的PCB封装库（包括焊盘形状、尺寸、间距、丝印、3D模型等）。如果需要，需根据元器件数据手册创建或修改封装。
- 网表生成： 从经过验证的原理图生成网表文件，该文件描述了所有元器件的连接关系。
- 设计规则定义： 根据PCB制造能力和设计要求（线宽、线距、过孔尺寸、钻孔尺寸、层叠结构、安全间距等），在PCB设计软件中设定详细的设计规则约束。
PCB布局设计：
- 导入网表： 将原理图生成的网表导入PCB设计环境。
- 板框定义： 根据机械要求，绘制或导入精确的电路板外框形状。
- 元件放置：
  - 关键器件定位： 先放置核心IC、连接器、需特定位置的接口等。
  - 功能分区： 将相关功能的电路模块集中放置（如电源区、数字区、模拟区、RF区）。
  - 热设计考虑： 发热元件的位置、散热路径规划。
  - 信号流向/布线通道： 考虑信号流向，为关键高速信号预留布线通道。
  - 可制造性/可测试性： 考虑元件间距（SMT贴片）、波峰焊方向、测试点位置。
- 不断优化元件位置，目标是减小布线长度、避免交叉、减少干扰、满足物理约束。
PCB布线设计：
- 电源和地平面规划： 划分电源区域，规划完整的地平面（尤其是多层板），降低噪声和阻抗。
- 关键信号线布线： 优先处理高速信号、差分对、时钟线、模拟信号线等。
  - 阻抗控制： 根据层叠结构和信号要求，计算并实现特定线宽的阻抗匹配（如50欧姆单端，90/100欧姆差分）。
  - 长度匹配： 对并行总线或差分对进行蛇形线等处理，确保等长。
  - 干扰避免： 避免锐角走线，减少过孔使用（尤其是高速信号），保持信号完整性，降低串扰、反射。
- 一般信号布线： 完成剩余的电气连接。
- 电源布线： 使用足够宽的线宽或铺铜来承载电流，考虑压降。
- 敷铜处理： 为地网络或电源网络进行大面积铜皮填充，增强散热和信号质量。
设计规则检查与验证：
- 设计规则检查： 运行自动DRC检查，确保所有布线满足步骤3中设定的制造、装配和电气规则（线宽、线距、间距、孔环等）。
- 电气规则检查： 检查开路线、短路线等电气连通性问题。
- 信号完整性分析： 对高速设计进行仿真分析（如TDR、串扰、眼图），验证信号质量。
- 电源完整性分析： 分析电源平面噪声和压降，确保电源稳定。
- 热分析： 评估电路板的温升情况。
- 3D模型检查： 检查元件和PCB在3D空间中的干涉问题（高度、位置）。
- 人工复审： 仔细检查布局、布线、元件极性、标注等。
输出制造文件：
- Gerber文件： 生成各层（走线层、丝印层、阻焊层、钻孔层、边框层等）的Gerber文件（.gbr），这是PCB制造的光绘文件标准。
- 钻孔文件： 生成包含所有钻孔位置、孔径信息的NC Drill文件（.drl）。
- IPC网表： 生成用于PCB工厂确认制造正确性的IPC网表。
- 装配图文件： 生成包含元件位置、方向、标识的PDF装配图。
- 坐标文件： 生成SMT贴片机使用的元件中心坐标文件。
- BOM清单： 生成完整的物料清单。
- 钢网文件： 生成SMT钢网加工文件（通常也是Gerber）。
- 制造说明文档： 详细说明PCB工艺要求（层数、板厚、板材、阻焊颜色、丝印颜色、表面处理 - 如沉金、喷锡、OSP等）、特殊要求。
制板、贴片与测试：
- PCB制板： 将制造文件发送给PCB工厂，进行板材选料、图形转移、蚀刻、钻孔、电镀、阻焊/丝印印刷、表面处理、外形切割、通断测试等工序，生产出裸板。
- 元器件采购： 根据BOM清单采购元件。
- SMT/DIP贴片： 将元器件焊接到PCB板上（通常由PCBA工厂完成）。
- 测试：
  - 在线测试： 使用ICT设备对PCBA进行元器件级短路/开路等测试。
  - 功能测试： 给PCBA上电，测试其所有功能是否正常。
  - 环境测试： 可能需要进行高低温、老化、振动等测试。

总结流程图大致如下： 需求分析 --> 原理图设计与仿真 --> PCB设计准备(库/规则) --> PCB布局 --> PCB布线 --> DRC/SI/PI等验证 --> 输出制造文件 --> PCB生产 --> 元件采购 --> PCBA组装 --> 测试 --> 调试/修改(如有问题则返回前面步骤迭代)

这个流程通常不是完全线性的，迭代是常有的事（例如在布线阶段发现问题可能需返回修改布局甚至原理图）。严谨的设计验证和清晰的制造文件输出是确保最终产品质量的关键。