pcb文件怎么转json

PCB文件怎么转JSON：方法、工具与实用指南

在电子设计自动化（EDA）领域，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）文件是电路设计的核心格式，而JSON（JavaScript Object Notation）作为一种轻量级的数据交换格式，因其易读、易解析的特性，常被用于数据存储、API交互和跨平台数据传输，将PCB文件转换为JSON格式，可以实现设计数据的结构化处理、便于与其他系统集成或进行数据分析，本文将详细介绍PCB文件转JSON的方法、常用工具及注意事项。

为什么需要将PCB文件转换为JSON？

在了解转换方法前,首先需要明确转换的目的，PCB文件（如Gerber、ODB++、KiCad的PCB、Altium Designer的PcbDoc等）是专业EDA软件的专有格式，直接读取或处理较为复杂，而JSON格式的优势在于：

1. 结构化清晰：以键值对的形式组织数据，层级关系明确，便于程序解析；
2. 跨平台兼容：几乎所有编程语言都支持JSON解析，方便不同系统间的数据交换；
3. 易于扩展：可灵活添加字段，适应不同应用场景的需求（如BOM管理、DFM分析、Web可视化等）。

在PCB设计协同平台中,将设计数据转换为JSON后，前端可直接调用API获取板层信息、元件位置、走线数据等，无需直接操作复杂的PCB文件。

PCB文件转JSON的核心方法

PCB文件转JSON的核心思路是：解析PCB文件的结构化数据，将其映射为JSON的层级结构，根据PCB文件类型和工具支持的不同，主要分为以下几种方法：

方法1：通过EDA软件插件或脚本导出（原生支持）

部分现代EDA软件支持直接导出JSON格式的设计数据,或通过脚本（如Python、Tcl）实现转换，以下是常见工具的示例：

Altium Designer

Altium Designer提供了强大的脚本支持（使用Delphi或Python），可通过API读取PCB文件中的数据并导出JSON，使用Python脚本遍历PCB文档中的元件（Component）、走线（Track）、焊盘（Pad）等对象，提取其坐标、尺寸、网络名称等信息，生成JSON文件。

示例脚本框架：

import json
from altium import PCBClient  # 假设通过Altium API连接
pcb = PCBClient.open("design.PcbDoc")
data = {
    "components": [],
    "tracks": [],
    "pads": []
}
for component in pcb.components:
    data["components"].append({
        "ref": component.designator,
        "value": component.value,
        "position": {"x": component.x, "y": component.y}
    })
for track in pcb.tracks:
    data["tracks"].append({
        "start": {"x": track.start_x, "y": track.start_y},
        "end": {"x": track.end_x, "y": track.end_y},
        "width": track.width,
        "net": track.net_name
    })
with open("output.json", "w") as f:
    json.dump(data, f, indent=4)

KiCad

KiCad作为开源EDA工具,其文件格式为文本型（如.kicad_pcb），可直接解析为Python字典并转为JSON，使用xml.etree.ElementTree解析.kicad_pcb文件，提取模块（footprint）、连线（segment）等数据：

import json
import xml.etree.ElementTree as ET
tree = ET.parse("design.kicad_pcb")
root = tree.getroot()
data = {
    "footprints": [],
    "lines": []
}
for footprint in root.findall(".//footprint"):
    data["footprints"].append({
        "reference": footprint.get("reference"),
        "position": {
            "x": float(footprint.find("at").get("x")),
            "y": float(footprint.find("at").get("y"))
        }
    })
for line in root.findall(".//segment"):
    data["lines"].append({
        "start": {
            "x": float(line.find("start").get("x")),
            "y": float(line.find("start").get("y"))
        },
        "end": {
            "x": float(line.find("end").get("x")),
            "y": float(line.find("end").get("y"))
        }
    })
with open("output.json", "w") as f:
    json.dump(data, f, indent=4)

方法2：使用第三方转换工具（Gerber/ODB++转JSON）

对于Gerber（RS-274X）、ODB++等工业标准PCB制造文件，由于它们主要描述板层图形而非完整设计数据，转换时需重点关注“几何信息”和“属性信息”，以下是常用工具：

Gerber2JSON（开源工具）

如gerber2json（基于Node.js）或gerber-to-svg库，可将Gerber文件解析为JSON，包含层类型（铜层、阻焊层）、线条、焊盘等几何数据。

示例（使用Node.js的gerber-to-json）：

npm install gerber-to-json
gerber-to-json -o output.json top.cu.gtb bottom.cu.gtb drill.txt.drl

ODB++转JSON

ODB++是包含完整设计信息的制造格式，可通过EDA软件（如Cadence Allegro、Mentor Graphics Xpedition）导出CSV/Excel后，再用脚本转为JSON；或使用开源库（如odbparser）解析.tgz压缩包中的ODB++文件，提取网络表、元件位置等信息。

方法3：自定义解析器（适用于特定格式）

若PCB文件为非标准格式或需定制化数据,可编写自定义解析器。

• 二进制PCB文件：通过分析文件头、数据块结构，用Python的struct模块解析二进制数据，映射为JSON；
• 文本格式PCB文件（如老式Protel格式）：用正则表达式或状态机提取关键信息，构建JSON对象。

注意事项：自定义解析器需了解PCB文件格式规范，避免数据遗漏或错误。

转换过程中的关键问题与解决方案

数据完整性：保留哪些信息？

PCB文件包含几何、电气、制造等多维度数据，转换时需明确需求：

• 设计阶段：需保留网络表、元件封装、走线规则等；
• 制造阶段：需保留层叠结构、阻焊区域、钻孔信息等；
• 分析阶段：需保留信号完整性、热仿真等数据。

解决方案：根据目标应用场景，定义JSON的数据结构，

{
    "metadata": {
        "tool": "Altium Designer",
        "version": "22.0",
        "units": "mm"
    },
    "stackup": [
        {"layer": "Top", "type": "copper", "thickness": 0.035},
        {"layer": "Prepreg", "type": "dielectric", "thickness": 0.12}
    ],
    "components": [...],
    "nets": [...]
}

坐标系与单位统一

PCB文件可能使用英寸（inch）或毫米（mm）为单位，坐标系原点也可能不同（如左下角或中心），转换时需统一单位和坐标系，避免数据错位。

解决方案：在JSON中添加units字段，并在解析时进行单位转换（如1 inch = 25.4 mm）。

性能优化：大文件处理

大型PCB文件（如多层板、高密度设计）的数据量可达GB级别，直接加载可能导致内存溢出。

解决方案：

• 使用流式解析（如逐行读取文本格式PCB文件）；
• 分块处理数据（如先导出元件列表，再导出走线数据）；
• 采用压缩JSON格式（如JSON5或MessagePack）。

实用工具推荐

将PCB文件转换为JSON是实现设计数据结构化、