PCB培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与PCB设计技术发展路线，按照从基础入门到高级应用、从原理图设计到可制造性输出、从通用设计到高速仿真的完整知识体系分类，共分为六个技术专题。每个专题均结合主流EDA软件工具与工程实践。

专题目录

专题一：PCB设计基础与开发环境

专题二：原理图设计与元器件库开发

专题三：PCB布局布线核心技能

专题四：多层板与高速PCB设计

专题五：可制造性设计（DFM）与生产文件输出

专题六：PCB设计项目实战与案例

课程体系概述

印制电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）是电子工业的重要部件之一，几乎每种电子产品，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统等，都要使用到印制电路板。PCB设计则是指利用电子设计自动化软件（EDA）进行电路板的设计，设计出印制电路板的布局和电路连接。它是电子产品的生产和开发过程中不可或缺的一个环节，能够有效激发电子元器件的性能，实现电子系统的功能，而且能够有效控制电子产品的质量，提高整个电子系统的可靠性和安全性。因此想要从事电子产品设计相关行业的同学都需要学习PCB设计与应用这门课。

本课程体系参考了国家高等教育智慧教育平台精品课程、自強基金會专业培训课程、Cadence官方培训课程以及IPC标准认证体系，按照从基础到高级、从通用到专业的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

专题一：PCB设计基础与开发环境

培训目标

• 掌握PCB的基本概念、分类与发展历程

• 熟悉PCB设计的基本流程与设计规范

• 掌握主流EDA软件的安装与配置

• 具备PCB设计环境的独立搭建能力

培训内容介绍

1. PCB概述与发展历程：印制电路板的定义与作用，单面板、双面板、多层板的结构特点，PCB技术的发展历程与未来趋势

2. PCB材料与层叠结构：基板材料（FR-4、高频材料、金属基板），铜箔类型与厚度，半固化片与芯板，层叠结构设计原则

3. PCB设计基本流程：从需求分析、原理图设计、PCB布局布线到生产文件输出的完整流程，设计输入与输出资料要求

4. IPC标准体系概述：IPC-2221/2222通用/刚性PCB设计标准，IPC-7351元器件封装标准，IPC-6012性能规范的基本要求

5. 主流EDA软件介绍：Altium Designer、Cadence Allegro、Mentor PADS、KiCad等软件的特点与应用场景，软件选型指南

6. Altium Designer环境搭建：软件安装与许可证配置，工作区设置，工程文件结构，首选项配置

7. Cadence Allegro环境搭建：软件安装与环境变量设置，Allegro工作界面介绍，工程管理方式

8. Mentor PADS环境搭建：PADS Logic/Layout/Router三大组件介绍，文件管理，无模命令与快捷键设置

9. 设计规则基本概念：电气规则、间距规则、线宽规则、过孔规则，规则优先级与导入导出

10. 设计前的准备工作：设计需求分析，元件资料收集，结构图导入，层叠规划

11. 工作环境定制：视图布局、颜色配置、快捷键设置、模板定制

12. 综合实践：主流EDA软件的安装配置与第一个空白工程的创建

专题二：原理图设计与元器件库开发

培训目标

• 掌握原理图设计的基本方法与规范

• 能够创建规范的元器件符号与封装

• 熟悉层次化原理图与多页设计

• 具备完整的原理图设计能力

培训内容介绍

1. 原理图设计规范：页面布局、信号流向、标注规则、网络命名规范

2. 原理图设计流程：建库→放置元器件→连线→添加网络标签→电气规则检查（ERC）→网表生成

3. 元器件符号（Symbol）设计：符号编辑器使用，引脚编号与名称，图形表示，参数设置

4. 元器件封装（Footprint）设计：焊盘尺寸计算，IPC-7351标准应用，热焊盘设计，阻焊开窗

5. 3D封装模型：STEP模型导入，位置调整，装配验证，3D显示设置

6. 元器件库管理：库结构组织，命名规范，版本控制，库路径设置

7. 层次化原理图设计：顶层图与子图设计，端口连接，多通道设计

8. 多页原理图设计：跨页连接，离页连接器，全局网络标签

9. 电气规则检查（ERC）：检查设置，错误排查，告警处理，DRC报告解读

10. 网表生成与导出：Allegro网表格式，PADS网表格式，第三方网表格式

11. 物料清单（BOM）输出：BOM模板定制，参数配置，BOM比对，替代料管理

12. 综合实践：复杂电路原理图完整设计与库开发

专题三：PCB布局布线核心技能

培训目标

• 掌握PCB布局的基本原则与操作技巧

• 能够进行高效的PCB布线设计

• 熟悉设计规则设置与应用

• 具备中等复杂度PCB设计能力

培训内容介绍

1. PCB布局基本原则：信号流向优先、功能模块划分、关键器件优先、去耦电容布局

2. 模块化布局策略：电源模块、时钟模块、接口模块、核心处理模块的布局要点

3. 电源电路布局：输入输出电容位置，电感布局，反馈路径处理

4. 时钟电路布局：晶振位置，负载电容，包地处理，远离干扰源

5. 接口电路布局：连接器位置，滤波器件布局，防护器件布局

6. 去耦电容布局：电容容量搭配，位置要求，数量计算，布局优化

7. PCB布线基本原则：先关键信号后一般信号、先电源后信号、3W原则

8. 走线宽度计算：载流能力计算，阻抗控制计算，温升考虑

9. 关键信号布线：时钟线包地处理，差分线等长耦合，高速数据线拓扑优化

10. 过孔设计：过孔类型选择，尺寸确定，数量控制，反焊盘设计

11. 覆铜与电源平面：覆铜区域设置，热焊盘设计，电源/地平面分割

12. 综合实践：中等复杂度PCB完整布局布线设计

专题四：多层板与高速PCB设计

培训目标

• 掌握多层板层叠结构与内电层设计

• 理解信号完整性（SI）与电源完整性（PI）基本概念

• 掌握高速接口（DDR/PCIe/USB）的PCB设计规范

• 具备高速PCB设计能力

培训内容介绍

1. 多层板层叠结构设计：信号层与电源/地层搭配，对称性要求，阻抗控制设计

2. 内电层设计与分割：负片层概念，不同电压区域划分，分割间隙处理

3. 跨分割信号处理：跨分割危害，缝合电容，换层策略

4. 背钻技术：背钻原理，背钻设计规则，背钻应用场景

5. 信号完整性（SI）基础：传输线理论，反射与串扰，阻抗匹配

6. 差分信号设计：差分阻抗控制，对内等长，对间隔离，耦合间距

7. 高速接口DDR设计：DDR3/DDR4/DDR5布局要求，数据线组内等长，地址/控制线等长，T型拓扑与Fly-by拓扑选择

8. 高速串行接口PCIe/SerDes设计：PCIe Gen1-5演进与布线要求，交流耦合电容选择，参考平面处理

9. USB接口设计：USB 2.0/USB 3.0接口特性，差分对设计，ESD防护，电源管理

10. 电源完整性（PI）基础：目标阻抗，去耦网络设计，PDN阻抗分析

11. 电磁兼容（EMC）设计：PCB级EMC设计：布局分区、回流平面、滤波与屏蔽设计

12. 综合实践：高速多层板（6层/8层）完整设计

专题五：可制造性设计（DFM）与生产文件输出

培训目标

• 掌握可制造性设计的基本概念与检查方法

• 能够进行DFM检查与设计优化

• 熟悉生产文件（Gerber/ODB++）的生成与检查

• 具备规范的生产文件输出能力

培训内容介绍

1. 可制造性设计（DFM）概述：DFM的定义与重要性，DFM检查流程，设计与制造的关系

2. PCB制造工艺流程：开料→内层线路→压合→钻孔→沉铜→外层线路→阻焊→表面处理→成型→测试

3. 线宽线距DFM要求：最小线宽，最小间距，工艺能力限制，设计补偿

4. 焊盘DFM设计：阻焊开窗，钢网开孔，焊盘补偿，热焊盘设计

5. 过孔DFM设计：孔径公差，孔环要求，塞孔要求，厚径比限制

6. 阻焊层DFM设计：阻焊桥宽度，阻焊开窗精度，阻焊颜色选择

7. 字符丝印DFM设计：字符大小，线宽，位置要求，反白处理

8. 外形加工DFM设计：板边间距，拼板设计，V-cut设计，工艺边设置

9. Mark点设计：SMT定位，光学识别点，拼板Mark点，设计规范

10. Gerber文件输出：RS-274-X格式，各层Gerber生成，输出设置，CAM文件管理

11. 钻孔文件输出：Excellon格式，钻孔对位，背钻设置，钻孔图生成

12. 综合实践：完整生产文件包生成与DFM检查

专题六：PCB设计项目实战与案例

培训目标

• 掌握PCB设计项目的完整开发流程

• 能够综合运用所学知识解决实际问题

• 熟悉典型产品的PCB设计要点

• 具备独立完成完整PCB设计项目的能力

培训内容介绍

1. 项目需求分析：功能要求、性能指标、接口定义、结构限制、成本控制

2. 系统总体设计：硬件架构选择，元器件选型，层叠规划，布局规划

3. STM32单片机系统PCB设计：最小系统设计，电源与时钟电路，外设接口布局布线

4. 开关电源PCB设计：功率回路最小化，驱动电路布局，热设计，EMI控制

5. ARM嵌入式系统PCB设计：DDR存储器布线，eMMC接口，高速接口处理

6. FPGA系统PCB设计：多电源设计，配置电路，高速收发器布线，电源完整性

7. 通信接口板PCB设计：以太网接口，USB接口，CAN接口，RS485接口

8. 模数混合电路PCB设计：模拟地与数字地处理，电源分区，信号隔离

9. 射频电路PCB设计：阻抗控制，隔离设计，屏蔽设计，布局要点

10. 设计评审与检查：设计规则检查，可制造性检查，信号完整性检查

11. 项目文档编写：设计说明，仿真报告，测试报告，技术总结

12. 综合实践：从需求分析到生产文件输出的完整项目实战

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