常見的PCB布局方面的問題和困惑

在電子設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目原理圖設(shè)計(jì)完成編譯通過之后，就需要進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。PCB設(shè)計(jì)首先在確定了板形尺寸，疊層設(shè)計(jì)，整體的分區(qū)構(gòu)想之后，就需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的第一步：元件布局。即將各元件擺放在它合適的位置。而布局是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的優(yōu)劣直接影響到布線的效果，從而影響到整個設(shè)計(jì)功能。因此，合理有效的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。

PCB布局前按照整個功能按模塊對電路進(jìn)行分區(qū)。 區(qū)域規(guī)劃時(shí)依照功能對模擬部分和數(shù)字部分隔離，高頻電路與低頻電路隔離。分區(qū)完成之后考慮每個區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵元件，將區(qū)域內(nèi)其他元件以關(guān)鍵元件為重點(diǎn)放置到合適的位置。當(dāng)放置元件時(shí)，同時(shí)考慮子系統(tǒng)電路之間的內(nèi)部電路走線，特別是時(shí)序及振蕩電路。為了去除電磁干擾的潛在問題，應(yīng)系統(tǒng)地檢查元件放置與布局，以方便走線，降低電磁干擾，滿足功能的前提下盡量做到美觀。

一、常見的PCB布局方面的問題和困惑

一個產(chǎn)品的成功與否，一方面要求功能質(zhì)量良好，另一方面要求美觀，要像向雕琢一件工藝品一樣布局您的電路板。在PCB元件布局方面經(jīng)常會有這些疑問和困擾。

PCB板形與整機(jī)是否匹配？元器件之間是間距是否合理，有無水平上或高度上的沖突？

PCB是否需要拼版，是否要預(yù)留工藝邊，是否預(yù)留安裝孔，如何排列定位孔？

如何考慮阻抗控制，信號完整性，電源信號穩(wěn)定，電源模塊散熱？

需要經(jīng)常更換的元件是否方便替換，可調(diào)元件是否方便調(diào)節(jié)？

熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否考慮距離？

整板EMC性能，如何布局能有效增強(qiáng)抗干擾能力？

二、優(yōu)秀的PCB元件布局原則

首先劃分區(qū)域。根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行整體考慮，將各個功能電路單元按照模塊劃分大體區(qū)域，使布局適合信號流通，并盡量保持方向一致。

如上圖所示，大體的功能模塊比如電源部分，核心控制部分，信號輸入處理部分，信號輸出處理部分，接插件部分，人機(jī)交互部分等等。按照電路板的實(shí)際功能需要進(jìn)行模塊區(qū)域的劃分。一般的原則是電源部分集中布局在板邊，核心控制部分在板中間，信號輸入部分位于核心控制部分的左邊，而信號輸出部分位于核心控制部分右邊。接插件部分盡量布置在板邊，人機(jī)交互部分要考慮到人機(jī)工程的要求進(jìn)行合理布局。在保證電氣性能的前提下，各功能模塊的元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀。

然后以每個功能模塊電路的核心元件為中心，圍繞這個中心來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接以方便布線并減少電磁干擾。在PCB中，特殊的元件比如電源器 件、可調(diào)器件、發(fā)熱及熱敏感器件、高頻部分的關(guān)鍵元件、核心芯片、易受干擾的元件、體積或重量大的器件、帶高壓器件，以及一些異性元件，這些特殊元件的位置需要仔細(xì)分析，布局要合乎電路功能的要求及生產(chǎn)的需求。不合適的布局可能產(chǎn)生電路兼容問題、信號完整性問題，從而導(dǎo)致PCB設(shè)計(jì)的失敗。特殊元器件的位置在布局時(shí)一般要遵守以下原則：

DC/DC 變換器、開關(guān)元件和整流器應(yīng)盡可能靠近變壓器放置，整流二極管盡可能靠近調(diào)壓元件和濾波電容器。以減小其線路長度。

電磁干擾（EMI）濾波器要盡可能靠近 EMI 源。盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設(shè)法減少他們的分布參數(shù)及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。

對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元器件的布局應(yīng)考慮整塊扳子的結(jié)構(gòu)要求，一些經(jīng)常用到的開關(guān)，在結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。

發(fā)熱元件應(yīng)該布置在 PCB 的邊緣，以利散熱。如果 PCB 為垂直安裝，發(fā)熱元件應(yīng) 該布置在 PCB 的上方。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。

在電源布局時(shí)，盡量讓器件布局方便電源線布線走向。布局時(shí)需要考慮減小輸入電源回路的面積。滿足流通的情況下，避免輸入電源線滿板跑，回路圈起來的面積過大。電源線與地線的位置良好配合，可降低電磁干擾的影響。如果電源線和地線配合不當(dāng)，會出現(xiàn)很多環(huán)路，并可能產(chǎn)生噪聲。

高、低頻電路由于頻率不同，其干擾以及抑制干擾的方法也不相同。所以在元件布局時(shí)，應(yīng)將數(shù)字電路、模擬電路以及電源電路按模塊分開布局。將高頻電路與低頻電路有效隔離，或者分成小的子電路模塊板，之間用接插件連接。

此外，布局中還應(yīng)特別注意強(qiáng)、弱信號的器件分布及信號傳輸方向路徑等問題。 為將干擾減輕到最小程度，模擬電路部分和數(shù)字電路部分分隔開之后，保持高、中、低速邏輯電路在 PCB 上也要用不同區(qū)域，PCB 板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū)。 噪聲元件與非噪聲元件要距離遠(yuǎn)一些。熱敏元件與發(fā)熱元件距離遠(yuǎn)一些。低電平信號通道遠(yuǎn)離高電平信號通道和無濾波的電源線。將低電平的模擬電路和數(shù)字電路分開，避免模擬電路、數(shù)字電路和電源公共回線產(chǎn)生公共阻抗耦合。

三、元件布局小技巧推薦

切換PCB元件放置中各種柵格（Grid）的應(yīng)用；

元件對齊工具的應(yīng)用。各種方式智能化對齊排列方式，幫你輕松定位；

元件智能擺放，高亮提示，元件交換（Smart placement）；

全局批量編輯修改元件和各種對象的屬性，讓你的更改更為便捷；

3D智能化實(shí)時(shí)顯示，檢測PCB板內(nèi)元件以及板外整機(jī)的匹配性。