代码收藏家技术教程 2025-05-11

嵌入式硬件进阶指南：从新手到专家，PCB Layout详解与实践

对于嵌入式软件工程师来说，一般只要会看原理图，会使用万用表、示波器，同时知道硬件协议这些内容，就可以进行软件开发了。但是对于硬件工程师来说，除了原理图，还要进行pcb layout处理。原理图本身充其量来说，就是电路建模而已。这些符号能不能变成实实在在的板子，还需要转换成pcb，变成焊盘、焊点、连接线，打样出来才知道结果。因为pcb的实现，完全依赖于厂家的工艺生产水平。不光要做的出来，还得快、稳、好、成本低。

1、板子大小和叠层

目前来说，很多的板子都追求小。比如说手机，比如说手环，这就要求在很小的空间内，放置尽可能多的元器件。这个时候就会遇到问题，如果元器件高密度布局后，那么上下两层就没有空间布线了。此时就需要通过叠层、或者更换元器件的封装来解决。这样一来，生产的成本也要上升。很多情况下，客户的预算都是一定的，他是不大可能为额外的开支买单的。

2、元器件封装

同样一个元器件，即使模型是一样的，下面的封装还有可能不一样。以电阻为例，同样阻值的贴片电阻就有201、402、603、805好几种封装。封装越大，肯定越好焊接，但是板子容易做的很大，不满足客户要求；反过来封装小，就要求厂家工艺水平高，加工成本就会相应地增加了。

3、布局

布局是pcb layout里面最为关键的内容。如果是核心板，因为器件本来就比较少，可能只需要关注走线即可。但是大部多板子，布局都是非常关键的。哪里放核心芯片，哪里放连接器，哪里放接口，模电和数电怎么分开，高频和低频怎么分开，相同功能的元器件怎么放在一起，这些都是有讲究的。布局做好了，基本pcb layout就成功了一半。

原则上模块内的元器件要放在一起，所以布局的时候最好要参考一下原理图的。

4、走线

走线的时候，一般就是先走模块内部的线，然后是模块之间的线。走线的时候，电源线尽量粗一点。上层实在走不了的情况下，再考虑过孔。一些成对总线，注意走差分处理。实在走不了线，可以考虑把一部分元器件放到板子的下面，重新走线即可。连线的时候，不停调整元器件的旋转角度，这也是常有的事情。整体先保证走通，走通之后再进行微调即可。这个时候，重来一遍也行。

5、丝印

丝印是很容易被忽略的地方。板子走线好了，接下来一定要把必要的丝印加上去。除了版本信息，就是各种接口的说明。比如说电源正负的说明，连接器各个信号的说明，元器件方向的说明等等。总之，只要是生产、开发、维修等容易犯错的地方，原则上都有要丝印的说明。

6、加工难度和成本

板子越小、元器件越小、叠层越多，加工成本就越高；反之成本就很低。通常意义上的二层板，加上元器件布置得稀疏一点，电源线粗一点，这样的板子只要保证联通基本问题就不大。反之，多层核心板，如果量不是很大，加工、BGA贴片本身也是很大的一笔费用。

7、硬件可替代性

就目前经济形势来说，对于元器件的二供要非常慎重。相关的元器件不能是市场上某家公司独家供货的产品，至少国内国外各选一家，这是底线。需要高算力soc才能运行的算法，用fpga自己写一个加速ip，也不是不能考虑，只要不被某一家公司的芯片绑定死就行。总之，能备用的就备用，防患于未然。

8、测试和验证

硬件生产、贴片、打样之后，下面就可以测试和调试。硬件的测试集中在系统是否正常启动、功能是否正常、安全是否过关、静电检测是否过关、高低温是否正常、振动试验是否ok等等。这些测试，有的可以自己自己做治具测试，比如压力测试；有的需要购买工具测试，比如高低温；还有的需要专门送到第三方测试，比如功能安全认证等等。