硬件开发流程---4 PCB设计

单板开发流程之PCB设计

1. 板框层绘制

根据尺寸要求及安规要求绘制PCB的边界。板子拐角处不能太尖锐，需做平滑处理，避免划伤使用者（参考紫色边框示例）。

紫色边框实例

2. 器件预布局

遵循三大核心原则：模拟电路与数字电路分区、功能板块就近布局、高中低频器件隔离（从板边到板内依次排布高频、中频、低频器件）。

2.1 特殊器件处理

• 蓝牙、温度计需进行包地净空处理。
• 蓝牙、USB、SD卡尽量靠近板边放置，与板边预留3mm左右距离。
• 温度敏感元件（如温度计）附近需加装散热片。

红色边框实例

3. 布线设计（基于信号完整性及电源完整性要求）

3.1 信号线设计

• 核心要求：避免交叉，布线短且直接，提升信号传输可靠性。
• 遵循规则：3W规则（地线＞电源线＞信号线）、层级排布顺序（四层板：信号—电源—地—信号）、差分线对称原则。
• 高速差分信号（如USB线）：采用等长、等间距设计，确保信号同步和阻抗匹配，远离其他信号线。
• 线宽规范：信号线建议0.2mm，电源线建议0.3-0.4mm。
• 长距离高速走线：增加匹配电阻，防止信号振铃和反射。

线宽、覆铜厚度与通过电流对应关系

线宽(mm)	铜厚1OZ(0.035mm)电流(A)	铜厚1.5OZ(0.05mm)电流(A)	铜厚2OZ(0.07mm)电流(A)
0.15	0.2	0.5	0.7
0.2	0.55	0.7	0.9
0.3	0.8	1.1	1.3
0.4	1.1	1.35	1.7
0.5	1.35	1.7	2.0
0.6	1.6	1.9	2.3
0.8	2.0	2.4	2.8
1.0	2.3	2.6	3.2
1.2	2.7	3.0	3.6
1.5	3.2	3.5	4.2
2.0	4.0	4.3	5.1
2.5	4.5	5.1	6.0

3.2 过孔处理

• 核心要求：合理选择过孔尺寸和间距，保障信号与电流传输。
• 高速大电流信号：采用大直径过孔并增加数量，推荐过孔直径0.45-0.2mm左右。

过孔直径与允许电流对应关系（不同温升）

过孔直径(mil)	温升10℃电流(A)	温升20℃计算值(A)	温升20℃推荐值(A)
10	1.0	1.6072	1.1848
12	1.2	1.3415	1.8199
16	1.4	1.5521	2.1056
20	1.5	1.7646	2.3938
24	1.6	1.9720	2.5396
40	2.3	2.5267	3.4305
80	3.6	3.9433	5.3496

3.3 EMC设计

1. 信号层与电源层分离，避免电源高频噪声干扰信号。四层板示例：顶层/底层走信号线（蓝色和红色），内电层走电源线（绿色），且电源线宽度大于信号线。
2. 选用带金属屏蔽或具备电磁屏蔽功能的元器件。
3. 开关电源选型：优先选用高效率、低电磁干扰的电源模块（如DCDC替代LDO）。
4. 电源输入输出端接滤波器，抑制高频干扰。
5. 整个电磁设备加装金属外壳。
6. 布线规范：电源线短而直，减少迂回交叉；高速信号线远离低速信号线，模拟信号线远离数字信号线，避免平行走线。

绿色电源层实例

4. PCB低功耗设计

1. 选用低功耗芯片（如支持睡眠模式的MCU）和低静态电流芯片，降低待机功耗。
2. 采用高效降压芯片，优先选择DCDC（转换效率优于LDO）。
3. 布线优化：使用宽电源线降低压降，电源层和GND层设计大而完整，减少电源传输阻抗。
4. 做好阻抗匹配，减少信号反射和损耗。
5. 软件优化：编写高效代码减少资源占用，采用中断处理机制，空闲时使MCU进入睡眠状态，仅在中断或特定事件触发时唤醒。