B-3 PCB 设计

这一页把原理图变成一块真正的电路板。和案例 A 相同的步骤（转 PCB、拖元件、铺铜）只简单带过；新内容是：圆角矩形板框、天线下方的禁止区域、USB 差分对，以及一个很真实的情况——自动布线没布通，我们要找出原因、手动补上。

⏱ 约 90~150 分钟🖱️ 含天线净空示意📋 含板框、禁止区域、差分对、差分对规则说明表⚠️ 差分对「自动生成」后要点「应用」

B3.1 转到 PCB，画圆角矩形板框#

和 A-3 一样：先 ⌘S 保存，「设计」→「更新/转换原理图到PCB」（⌥I），在「确认导入信息」里点「应用修改」。本例导入了 26 个元件、97 条飞线。

这次的板框是圆角矩形：

「放置」→「板框」→「矩形」
在画布原点 (0, 0) 单击作为左上角，移动到右下角大约 (32, -58) 再单击（旁边会实时显示宽和高）
单击选中板框，在右侧属性面板把尺寸改精确

矩形板框属性

编号	属性	含义（大白话）	本例怎么填	什么时候需要改
1	类型	这是一个“板框”对象	板框	—
2	图层	板框画在「板框层」上，工厂按它切板	板框层	不改
3	线宽	板框线的粗细，只是显示用	0.254 mm	不改
4	锁定	锁定后不能被误拖动	否	定稿后可以锁上
5	ID	内部编号	自动	—
6	起点X	矩形左上角的横坐标	0 mm	—
7	起点Y	矩形左上角的纵坐标（往下是负数）	0 mm	—
8	宽	板子宽度	32 mm	🎨 想要宽一点 / 窄一点
9	高	板子高度	58 mm	🎨
10	圆角半径	四个角的圆角半径，0 就是直角	2 mm	🎨 也可以更圆；SMT 的工艺边要求圆角半径 0.3~2 mm（见 B-4）
11	旋转角度	整个矩形旋转	0	—

B3.2 布局与天线禁止区域#

拖元件的方法和 A-5 一样（也可以选中元件后在属性面板里直接输入坐标）。本例的布局思路是“从上往下按信号流排”：

位置（mm，左上角为原点）	元件	理由
U1 (16, -11)，天线朝上贴上板边	ESP32-C3 模组	天线必须在板边，下面不能有铜（下面讲）
模组左边 (4, -6 / -10 / -14)；右边 (27.5, -6 / -10 / -14)	C4、C5、R4；R5、R6、C6	去耦电容、上拉电阻、RC 延时都紧挨模组的对应引脚
SW1 (6, -22)，SW2 (21, -22)	RST、BOOT 按键	放在一排，手指好按
LED1~3 (5 / 13.5 / 22, -30)，电容在各自下方	彩灯 + C7~C9	🎨 排成一排，在板子中间最显眼
D1 (13.5, -39.5)，U2 (13.5, -45)，C1 / C2 / C3 在 U2 两边	二极管、稳压芯片和电容	电源路径：USB → U2 → 模组，电容紧贴 U2 的输入输出脚
USB1 (16, -53.5)，口朝下伸出板边	Type-C	接口在板边（A5.2 原则①）
LED4 (4, -50.5)，R3 (4, -54)；R1 (23, -52)，R2 (25.5, -52)	电源指示灯；CC 电阻	靠近 USB
J1 (29.5, -30.5)，竖放	排针	贴右板边，方便插杜邦线

为什么天线下面不能有铜#

模组顶部那一段（没有铁壳的部分）是PCB 天线：一段弯弯曲曲的铜线，Wi-Fi 信号从这里发出去。如果天线正下方的底板上有铜（铺铜、导线），铜会把信号挡住、吸收掉一大部分。切换下面的三种情况看看：

新操作：禁止区域#

怎么保证天线下面一定没有铜？画一个禁止区域，告诉软件“这块地方不许铺铜、不许走线”。之后铺铜、自动布线都会自动绕开它，DRC 也会检查。

「放置」→「禁止区域」→「矩形」（还有圆形、多边形）
在模组天线部分拉一个矩形，盖住整个天线区域（本例 14.5 × 6.5 mm 左右，稍微超出上板边也没关系）
松手后弹出属性对话框，按下表修改，点「确认」

图 -6在天线上方拉出禁止区域，旁边显示宽 14.478 mm、高 6.477 mm

禁止区域属性

编号	属性	含义（大白话）	本例怎么填	什么时候需要改
1	类型	区域的种类，这里是禁止区域	禁止区域	—
2	图层	在哪一层禁止：顶层 / 底层 / 多层（所有铜层）	多层	只想禁止某一面时选顶层或底层
3	锁定	防止误拖	否	—
4	元件	禁止在区域里放元件	不勾（默认是勾上的）	见下面的注意
5	填充区域	禁止放实心铜块	☑	—
6	导线	禁止走线（包括自动布线）	☑	—
7	铺铜	铺铜到这里会自动挖空	☑	—
8	内电层	多层板的内部电源层，本例是双面板没有	不勾	做 4 层以上的板子时勾上
9	起点X	矩形左上角 X	8.382 mm	—
10	起点Y	矩形左上角 Y	0.508 mm	—
11	宽	区域宽度	14.478 mm	盖住天线即可
12	高	区域高度	6.477 mm	—
13	确认	保存设置	点它	—

B3.3 USB 差分对#

第 1 步：告诉软件哪两根是一对#

「设计」→「差分对管理器…」，打开后列表是空的（0/0）
点左下角「自动生成…」

把「正网络特征」从默认的 P 改成 +，「负网络特征」从 N 改成 -，列表里立刻识别出 USB_D（正 USB_D+ / 负 USB_D-）
点「应用」（不是「确认」！），然后点「取消」关掉这个窗口

自动生成差分对

编号	属性	含义（大白话）	本例怎么填	什么时候需要改
1	来源	从哪些网络里找：全部网络，或者只找某个网络类	全部	网络很多、只想处理一部分时
2	差分对命名前缀	给生成的差分对名字加一个前缀	空	有多对差分线、想分类时
3	创建到差分对组	把生成的差分对放进一个组	空	高速板上有很多对时
4	正网络特征	网络名里用什么字符表示“正”。默认 P（比如 USB_DP）	改成 +	按你的命名习惯
5	负网络特征	表示“负”的字符。默认 N	改成 -	同上
6	结果列表	软件按特征配好的对：差分对名称 / 正网络 / 负网络	USB_D / USB_D+ / USB_D-	没出现说明名字没对上，回去检查网络名
7	应用	真正把差分对生成到管理器里	点它	—
8	确认	本例实测点它没有反应，不会生成	别只点它	—
9	取消	关闭这个窗口，回到管理器	应用后点它	—

图 -10差分对管理器里有了①USB_D（正网络 USB_D+，负网络 USB_D-）

第 2 步：差分对布线 `⌥D`#

按 ⌥D（「布线」→「差分对布线」），在 USB 插座的 D+ 或 D- 焊盘上单击
移动鼠标，两根线会并排一起走，间距自动保持；单击定拐点，到终点后 Esc 结束
走线时旁边实时显示「差分对长度误差」（两根线长度差了多少）和下面的色条：小于规则 / 符合规则 / 大于规则

图 -11①差分对布线时的提示：长度误差 +4.868 mm，规则 ±0.254 mm，色条落在“大于规则”

不过，本例的 USB 插座让差分布线变得很别扭，原因在下一节。

B3.4 自动布线只布通 85.71%，为什么？#

先试试自动布线（A6.3）：第一次结果是布通率 85.71%，有几根线没布上。

图 -12第一次自动布线：①布通率 85.71%；②USB 附近的 D+ / D- 没连上

把「迭代数量」从 1 改成 5，让它多试几轮：

多试几次也没用，说明不是“运气”问题，而是有的地方根本走不通。仔细看没连上的飞线，有两处：

16P Type-C 的 D+ / D- 焊盘是交错排列的：从左到右是 D-、D+、D-、D+。每个网络的两个焊盘中间都隔着另一个网络的焊盘，焊盘之间的缝又窄得过不了线——在同一层根本没法把两个 D+ 连起来而不碰到 D-。
模组正中间的 3×3 GND 散热焊盘被一圈引脚包围着，导线从外面钻不进去。

解决：关键的线手动布#

专业工程师的做法本来就是“关键线手动，其余自动”。本例手动处理 USB 和模组中心的 GND：

D+：在顶层，从两个 D+ 焊盘各引一小段往板内走，在焊盘上方用一根横线把它们连起来，再打一个过孔（⌥V）下到底层。
D-：两个 D- 焊盘各自往另一个方向引出，各打一个过孔到底层，在底层把它们连起来。这样 D+ 的连接线在顶层、D- 的在底层，互不交叉。
在底层，D+ 和 D- 两根线并排往上走到模组旁边，再各打一个过孔回到顶层，接到模组的 IO19（D+）和 IO18（D-）。本例一共 5 个过孔（内径 0.3 / 外径 0.61 mm，默认规则）。
模组中心 GND 焊盘：在顶层把 9 个小焊盘互相连起来，再打 4 个过孔到底层，接到底层的 GND 铺铜。
重新运行自动布线，勾选「保留已有导线/过孔」——这次剩下的信号线全部布通；GND 留给铺铜去连。

图 -15手动布好的 USB 线（临时隐藏了顶层，只看底层）：D+ / D- 从 USB 旁的过孔下到底层，两根线并排往上走向模组

B3.5 铺铜与 DRC 收尾#

和 A-7 一样，顶层、底层各铺一块 GND，⇧B 重建铺铜。天线下方因为有禁止区域，铺铜会自动挖空：

然后运行 PCB 的 DRC（A9.1）。本例前后遇到了三个问题：

问题 ①：差分对长度误差 3.582 mm，超出规则 0.254 mm#

手动布出来的 D+ 和 D- 长度差了 3.582 mm，而默认的差分对规则只允许 0.254 mm。打开「设计」→「设计规则…」，左边找到「差分对」下的 differentialPair：

图 -18设计规则 → ①差分对 differentialPair；②差分对长度误差最大 0.254 mm（默认）

差分对规则 differentialPair

编号	属性	含义（大白话）	本例怎么填	什么时候需要改
1	线宽	差分对里每根线的宽度：最小 / 默认 / 最大，分所有层、顶层、底层	0.127 / 0.254 / 2.54 mm（默认）	要做阻抗控制时按计算值改
2	间距	一对线之间的间距	最小 0.152 mm（默认）	同上
3	差分对长度误差 · 最大	两根线允许差多长	0.254 → 改成 5 mm	见下面的解释
	提示	当差分对规则与安全间距规则、导线规则冲突时，以差分规则为准	—	—

问题 ②：一段 GND 短线压进了禁止区域#

DRC 报了一段 GND 导线和天线禁止区域冲突。双击错误定位过去，把这段线缩短、退出禁止区域即可。这正是禁止区域的作用：任何铜进了天线区都会被揪出来。

问题 ③：LED4 的“器件标准化”坑#

就是 B2.9 末尾提到的那个：在原理图里把 LED4 标准化成系统库的 KT-0603R（封装 LED-SMD_L1.6-W0.8-R-RD）后，PCB 的 DRC 报了一堆“同网络间距为 0”的错误，自动布线还把 GND 接到了 LED 的 1 脚。

处理方法：回到原理图把 LED4 换回 C2286 原来的 LED0603-RD 封装，然后「设计」→「更新/转换原理图到PCB」，在确认导入信息里能看到 LED4 的“移除元件 / 增加元件”，点「应用修改」，再把 LED4 摆回原位、重新连线：

三个问题都处理完，PCB 的 DRC 显示「未发现问题」，飞线 0 条。

B3.6 丝印：给排针写上引脚名#

这块板子以后要插杜邦线接东西，排针旁边一定要写清楚每只脚是什么，否则每次都得翻原理图：

顶层丝印：排针左边从下到上写 5V、3V3、GND、IO0、IO1、IO3、IO4、IO5；两个按键上方写 RST、BOOT。字高 0.9 mm、线宽 0.15 mm（板子小，字也小；再小就印不清了）。
底层丝印：板子背面写作品名，例如“ESP32-C3 彩灯板 / Quickstart 案例 B”。

放文字的方法和 A8.2 一样。写底层文字时：

在底部图层快捷栏点「底层丝印层」，把当前层切过去
「放置」→「文本」，写好内容，放到板子上
选中这段文字，在右侧属性面板确认它在底层丝印层就行，不用手动去改「镜像」

图 -21点工具栏「翻转板子」从背面看：底层丝印「ESP32-C3 彩灯板」是正着读的（再点一次翻回正面）

B3.7 检查与 3D 预览#

最后看一眼完整的板子，和 3D 预览（A9.2）检查元件方向、排针位置、按键是不是好按：

天线贴板边，下方有禁止区域（多层，禁止填充区域 / 导线 / 铺铜），铺铜在这里是挖空的
USB 插座口朝外、和板边对齐
D+ / D- 已设为差分对，并排走线；长度误差规则已按 USB 全速放宽
去耦电容紧挨模组、稳压芯片、每颗彩灯
飞线 0 条，PCB DRC 未发现问题
排针、按键旁边有丝印；底层文字是镜像的、没有超出板框
改过器件之后重新跑过 PCB DRC