淺談元器件的布局及布線的講解方法

　　“電子線路CAD”是在“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”課程結(jié)束后開設(shè)的專業(yè)課程，它主要是用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)電路圖的制作和電子元器件的連接。學(xué)生們感興趣的是學(xué)完它以后，可以自己制作印制線路板。在筆者教學(xué)的若干年中，有一部分學(xué)生還沒有畢業(yè)，就可以使用自己制作的PCB板來組裝音響等電子設(shè)備了。但由于現(xiàn)行教材的通病，大多數(shù)教材只是對(duì)一些英文菜單、設(shè)置項(xiàng)目進(jìn)行翻譯，介紹一些設(shè)計(jì)流程等。學(xué)生在照搬書本學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)容易不分知識(shí)輕重，囫圇吞棗，結(jié)果越學(xué)越累，挫傷了學(xué)習(xí)的積極性。特別是進(jìn)入印制板的設(shè)計(jì)和制作階段后，該如何正確布局和布線，傳統(tǒng)式教學(xué)很難讓學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。為此，筆者就印制線路板布局和布線教學(xué)中存在的一些問題談?wù)勛约旱目捶ㄅc建議。
　　
　　布局在印制線路板教學(xué)中應(yīng)如何講解
　　
　　一個(gè)印制線路板的布線是否能夠順利完成主要取決于布局，而且，布線的密度越高，布局就越重要。所有制作印制線路板的人都遇到過這樣的情況：布線僅剩下幾條時(shí)卻發(fā)現(xiàn)無論如何都布不通了，而又不想飛線，于是不得不刪除大量或全部的已布線，再重新調(diào)整布局。所以，合理的布局是布線成功的前提。每次在講布局內(nèi)容之前，我都要讓學(xué)生牢牢地記住這樣一個(gè)概念。
　　教材中關(guān)于線路板的合理布局有十二點(diǎn)要求，非常詳細(xì)。可是，學(xué)生把這些要求背下來就一定能把電路圖布好了嗎？很多學(xué)生看完后仍然不知道該如何操作。
　　筆者認(rèn)為一個(gè)印制線路板的布局是否合理沒有絕對(duì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。印制線路板的設(shè)計(jì)，首先從確定板的大小開始。印制線路板的尺寸因受機(jī)箱外殼的大小限制，以能恰好安放入外箱內(nèi)為宜。其次，應(yīng)該考慮印制電路板與外接元器件（主要是電位器、按鍵、插口或其他印制電路板）的連接方式。因?yàn)橹挥袑?duì)外接元器件的規(guī)格、尺寸、面積等有完全了解，才能對(duì)附件固定，以提高耐震、耐沖擊性能等（這些就要求學(xué)生需要具有一定的元器件常識(shí)）。
　　在布線方向上要掌握好，盡可能保持與原理圖走線方向相一致，以便于生產(chǎn)中的檢查、調(diào)試及檢修。要使各元件排列和分布合理、均勻，力求整齊、美觀，并且結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，按一定順序方向進(jìn)行布線。
　　對(duì)于具體的元器件，主要是注意電位器的安放位置，它應(yīng)盡可能放在板的邊緣，旋轉(zhuǎn)柄朝外。在電路板尺寸有限的情況下，電阻、二極管的放置還可以采用豎放的放置方式，這樣比常規(guī)的平放要節(jié)約很多空間。IC座上定位槽放置的方位要正確，并注意各個(gè)IC腳位是否正確。例如，1腳只能位于IC座的右下角線或者左上角，而且緊靠定位槽（從焊接面看）。進(jìn)出接線端布置時(shí)其相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大，并且盡可能集中在1至2個(gè)側(cè)面，不要太過離散，元件腳間距要合理。把學(xué)生比較熟悉的電子元器件作為引子講解好，學(xué)生就很好理解了。課后我在征求學(xué)生意見時(shí)，多數(shù)學(xué)生反映都容易理解，這為學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　
　　不要忽視飛線在布局中的作用
　　
　　當(dāng)印制線路板上元器件的位置已經(jīng)基本確定后，學(xué)生就開始進(jìn)行布線操作了?？蓡栴}是，學(xué)生放置的元器件圖形是一樣的，但布線后，他們的元件布線圖有的好，有的卻極為復(fù)雜。
　　這是為什么呢？原因是，當(dāng)一個(gè)封裝的位置發(fā)生變化時(shí)，其飛線的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)一般也會(huì)DlkzWnskp5ttiSYQKu59rPe/UYG07qXeFqfBnLWk0tw=發(fā)生變化，元件最終位置的確定，還需要通過移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、整體對(duì)齊等操作。這就要讓學(xué)生學(xué)會(huì)依靠觀察屏幕顯示的飛線是否簡(jiǎn)捷、有序和長(zhǎng)度是否最短來進(jìn)行元器件的調(diào)整。
　　在整板范圍內(nèi)快速移動(dòng)一個(gè)封裝，如果與這個(gè)封裝連接的飛線不發(fā)生大的變化，說明與這個(gè)封裝引腳連接的網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)數(shù)少，近于一一對(duì)應(yīng)的連接，這個(gè)封裝的位置不能任意放置。如果與這個(gè)封裝連接的飛線變化比較大，說明與這個(gè)封裝引腳連接的網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)數(shù)多，這個(gè)封裝不一定非固定放置在某個(gè)位置，可以按照其他一些判別準(zhǔn)則（如布局是否合理、美觀等）找到該封裝的相對(duì)最佳放置位置。
　　如果一個(gè)封裝不論怎樣移動(dòng)位置與某幾個(gè)封裝間的飛線連接關(guān)系都始終不變，就說明這個(gè)封裝與這幾個(gè)封裝之間具有較強(qiáng)的約束關(guān)系，應(yīng)該優(yōu)先放置在這幾個(gè)封裝的重心或相對(duì)接近重心的位置。如果一個(gè)封裝移動(dòng)位置時(shí)飛線可以不斷變化，即總能就近找到連接結(jié)點(diǎn)，說明這個(gè)封裝與其他所有封裝之間具有較弱的約束關(guān)系，這個(gè)封裝的位置就可以比較靈活。這些很實(shí)用的判別方法，教材上卻沒有指出。在課堂中我給學(xué)生指出這一關(guān)系后，他們都感到易于理解，做出來的布線圖也比較合理了。
　　
　　印制線路板中常用的手工—自動(dòng)—手工的布線方法
　　
　　在完成了線路板上元器件的布局之后，學(xué)生就可以開始進(jìn)行線路板的布線了。為了省事，絕大部分學(xué)生都采用直接自動(dòng)布線的方法，在電路布局好后自動(dòng)布線的布通率都能達(dá)到100%。但是，筆者認(rèn)為常用的布線步驟還是按照手工預(yù)布線—自動(dòng)布線—手工布線的順序最好。
　　在自動(dòng)布線之前，先預(yù)先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò)，比如高頻時(shí)鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)往往對(duì)走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求。還有輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾等，這些就需要學(xué)生們具備較多的電路設(shè)計(jì)知識(shí)了。
　　當(dāng)手工預(yù)布好線并進(jìn)行自動(dòng)布線后，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)布線依然存在缺陷，如連線拐彎多、走線過長(zhǎng)、不美觀等，使布線顯得很凌亂。筆者認(rèn)為自動(dòng)布線結(jié)束后還需要進(jìn)一步使用手工調(diào)整布線，才能獲得一塊較完美的、滿足電磁兼容性要求的印制線路板。手工調(diào)整布線的目的就是重新調(diào)整走線方向，使布線盡可能合理（如滿足電磁兼容性要求、連接長(zhǎng)度短）。手工調(diào)整布線是電路設(shè)計(jì)中較難掌握的技巧之一，它是線路板設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的集中體現(xiàn)，即使經(jīng)過了多次調(diào)整，依然可能會(huì)存在不盡合理的走線。而作為初學(xué)者的學(xué)生，一般手工布線時(shí)應(yīng)注意地線處理，避免交叉和簡(jiǎn)單走線。
　　對(duì)于地線必須嚴(yán)格按高頻→中頻→低頻、一級(jí)級(jí)地按弱電到強(qiáng)電的順序排列原則，切不可隨便亂接，級(jí)與級(jí)間寧可接線長(zhǎng)點(diǎn)兒，也必須遵守這一原則。同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上，以防止產(chǎn)生自激。而印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分，接地和電源的圖形應(yīng)盡可能與數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向平行，這是提高抑制噪聲能力的秘訣。
　　對(duì)可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決，即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或者從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去。在特殊情況下如果線路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許使用少量導(dǎo)線跨接。
　　導(dǎo)線中阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可長(zhǎng)一些。因?yàn)樽杩垢叩淖呔€容易發(fā)射和吸收信號(hào)，引起電路不穩(wěn)定。在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順序要求走線，力求線條簡(jiǎn)單明了。
　　在教學(xué)中，我把自己的理解與方法同學(xué)生分享，先讓學(xué)生運(yùn)用多種能力自行解決，到后面再由老師示范操作和點(diǎn)評(píng)，這樣學(xué)生就能有目的地去學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己也能制作出一塊漂亮的電路板時(shí)，學(xué)習(xí)積極性自然提高上去，從而主動(dòng)完成學(xué)習(xí)。