淺析電子元器件的布局與布線

電子設(shè)備是由元器件、組件、連線及零部件等組裝而成，只有通過合理的布局、妥善安排其位置，才能有利于保證技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并使其穩(wěn)定可靠地工作。在電子設(shè)備電路單元中，元器件的位置安排稱為元器件布局；電子設(shè)備內(nèi)組件位置的安排及元器件、機(jī)械零部件的位置安排，統(tǒng)稱為布局。各組件、元器件之間的各種導(dǎo)線的連接與走向安排，稱為布線。 布局與布線直接影響電子設(shè)備的性能、組裝工藝。本章主要介紹布局與布線以及電子組裝工藝等內(nèi)容。

元器件的布局原則

1、元器件的布局原則

電子設(shè)備、組件中元器件的布局，應(yīng)遵循以下原則。

元器件布局應(yīng)保證電性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

電性能一般是指：頻率特性、信號失真、增益、工作穩(wěn)定性、相位移、噪聲電平、效率等有關(guān)指標(biāo)，具體要隨電路不同而異。元器件布局對電性能有較大影響，如低頻電路在高增益時，布局不當(dāng)會產(chǎn)生寄生反饋使輸出信號失真或工作不穩(wěn)定；又如高頻裝置中布局不當(dāng)會增大分布參數(shù)（分布電容、接線電感、接地阻抗等），使電路參數(shù)改變，帶來不良后果；而對數(shù)字電路而言，如布局不當(dāng)會引起波形畸變，產(chǎn)生不利影響。如果在元器件布局時，注意電場、磁場的感應(yīng)影響、并將電、磁感應(yīng)降低到最低限度，就能夠減少上述不良現(xiàn)象的產(chǎn)生，否則應(yīng)采取屏蔽和隔離措施。

元器件的安裝

元器件的位置安裝和放置方向，以及元器件之間的距離，都直接影響著連線長度和敷設(shè)路徑，導(dǎo)線長度和布線的合理性也影響其分布參數(shù)和電磁感應(yīng)，最終將影響電路性能。因此元器件布局時應(yīng)考慮到布線，做到相互照顧。

元器件的布局

元器件布局應(yīng)考慮使安裝結(jié)構(gòu)緊湊，重量分布均衡，排列有序、有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

目前電子設(shè)備向小型化、微型化發(fā)展，要求結(jié)構(gòu)緊湊，提高組裝密度。因此在元器件布局時，應(yīng)精心考慮，巧妙安排，在各方面要求兼顧的條件下，力求提高組裝密度，以縮小整機(jī)尺寸。 此外，在布局時還應(yīng)考慮元器件的重量均衡，力求降低重心；同時應(yīng)做到元器件排列有序、層次分明，便于查找和維修。所有這些都應(yīng)有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于裝配和調(diào)試。

元器件布局應(yīng)有利于散熱和耐沖擊振動

高溫對大多數(shù)元器件，特別是半導(dǎo)體器件影響較大，對溫度敏感的元器件影響更大，在布局時要有利于散熱，嚴(yán)格按照第２ 章中有關(guān)熱設(shè)計(jì)的要求布置。有些元器件耐沖擊振動能力較差，或沖擊振動對其工作性能有較大影響，在布局時應(yīng)充分注意防振和耐振問題。

2、元器件布局時的排列方法和要求

按電路圖順序成直線排列是較好的排列方式

如圖３.1所示，按電路圖中各級電路的順序，將各級電路排列成直線是常見也是較好的排列方式。各級電路以管子（圖中Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３表示晶體管或集成電路塊）為中心按橫軸順序排列；各級電路的元器件盡量靠近管子集中布設(shè)在管子四周。具體是：前級管子的輸出和后級管子的輸入之間的元器件布置在兩個管子之間的區(qū)域（如圖中的１-２區(qū)和２-３區(qū)），而這一級電路的其他元器件則布置在管子兩側(cè)的縱軸區(qū)域（如圖中的１、２、３ 區(qū)域）。

電路元器件成直線排列的優(yōu)點(diǎn)是：

① 電路的輸入級和輸出級距離較遠(yuǎn)，減少了輸入與輸出之間的寄生反饋（寄生耦合）。

② 各級電路的地電流主要在本級范圍內(nèi)流動，減少了級間的地電流竄擾。

③ 便于各級電路的屏蔽和隔離。必須指出，在按直線布局時，應(yīng)使各級電路之間有足夠的距離，使前后級電路能很好地銜接，并應(yīng)注意引腳方向，使連線最短。對于集成電路塊，與之相連的元器件應(yīng)布置在集成電路塊相應(yīng)的引線附近，其距離應(yīng)稍近。

當(dāng)電路中既有高電位元件又有低電位元件時，高電位元件布置在橫軸上，而低電位元件布置在縱軸上，這樣可以免除地電流竄流，減少高電位元件對低電位元件的干擾。

當(dāng)電路受到安裝空間限制，不能作直線布置時，可采用角尺形（Ｌ形）或兩排平行布置，如圖３暢２所示。這時應(yīng)采用兩塊底板，各底板仍然是直線布置，兩底板彼此隔離，只在一點(diǎn)上工作連接。如圖３.２（ａ）中Ｇ１、Ｇ２為一塊底板，Ｇ３、Ｇ４為另一塊底板，兩底板在Ｇ２和Ｇ３間用導(dǎo)線相連；如圖３.２（ｂ）中Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３和Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、各用一塊底板，兩底板在Ｇ３和Ｇ４間用導(dǎo)線相連。圖３.２（ｃ）所示鋸齒形（Ｗ形）布局是不可取的，因?yàn)檫@種布局雖然面積占用較小但地電流竄擾大，寄生耦合較大，對電路工作不利，一般不能采用。

雖然采用印制電路板的電路單元，地電流影響不像采用金屬底座的電路單元那樣嚴(yán)重，但布局時也應(yīng)采取直線布置，這樣輸入、輸出遠(yuǎn)離，寄生反饋小，而且各級電路印制導(dǎo)線最短，可削弱耦合干擾。

注意各級電路、元器件、導(dǎo)線之間的相互影響

各級電路之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)木嚯x，并根據(jù)元器件尺寸合理安排，要注意前一級輸出與后一級輸入的銜接，盡量將小型元器件直接跨接在電路之間，較重較大的元器件可以從電路中拉出來另行安裝，并用導(dǎo)線連入電路。

具有磁場的鐵心器件、熱敏元件，高壓元件，應(yīng)正確放置，最好遠(yuǎn)離其他元件，以免元器件之間產(chǎn)生干擾。

對高頻電路為了減少分布參數(shù)的影響，相近元器件最好不要平行排列，其引線也不要平行，可互相交錯排列（如一個直立，另一個臥倒）。

排列元器件時，應(yīng)注意其接地方法和接地點(diǎn)

如果用金屬底座安裝元器件，最好在底下表面敷設(shè)幾根粗銅線作地線，地線應(yīng)熱浸錫后焊在底座中央（注意每根粗銅線必須與底座焊牢）。要接地元器件接地時，應(yīng)選取最短的路徑就近焊在粗銅地線上。 如果大型元器件安裝在其他金屬構(gòu)件上，應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)地線，不能利用金屬構(gòu)件做地線。

在金屬底座和金屬構(gòu)件上安裝元器件時，應(yīng)留有足夠的安裝空間，以便裝拆。

如采用印制電路板安裝元器件，各接地元器件要就近布置在地線附近，可根據(jù)情況采用一點(diǎn)接地和就近接地。

在元器件布局時應(yīng)滿足電路元器件的特殊要求

對于熱敏元器件和發(fā)熱量大的元器件，在布局時應(yīng)注意其熱干擾，可采取熱隔離或散熱措施；對需要屏蔽的電路和元器件，布局時應(yīng)留有安裝屏蔽結(jié)構(gòu)的空間。

對推挽電路、橋式電路或其他要求電性能對稱的電路，排列元器件時應(yīng)注意做到結(jié)構(gòu)對稱，即做到元器件位置對稱，連線對稱，使電路的分布參數(shù)盡可能一致。