PCB板的位置設(shè)計及研究

摘 要 印刷電路板（PCB）是電子產(chǎn)品的軀體，其所構(gòu)成的電氣系統(tǒng)至關(guān)重要，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的性能、可靠性以及使用壽命的長短。為了生產(chǎn)高質(zhì)量的PCB板，縮短設(shè)計時間，避免代價高昂的返工，在設(shè)計流程中，做好PCB板的位置設(shè)計是非常重要的。本文闡述了PCB元件布局原則，對PCB板的位置設(shè)計進行了研究。

關(guān)鍵詞 PCB板；位置設(shè)計；布局；原則

中圖分類號 TN4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）188-0058-02

印刷電路板（PCB）是電子產(chǎn)品的軀體，其所構(gòu)成的電氣系統(tǒng)至關(guān)重要，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的性能、可靠性以及使用壽命的長短。為了生產(chǎn)高質(zhì)量的PCB板，縮短設(shè)計時間，避免代價高昂的返工，在設(shè)計流程中，做好PCB板的位置設(shè)計是非常重要的。

在電子設(shè)計中，項目原理圖設(shè)計完成編譯通過之后，就需要進行PCB的設(shè)計。PCB設(shè)計首先在確定了板形尺寸，疊層設(shè)計，整體的分區(qū)構(gòu)想之后，就需要進行設(shè)計的第一步：元件布局，即將各元件擺放在它合適的位置。做好元器件的布局，是電子設(shè)計尤為重要的環(huán)節(jié)。PCB板元件布局的好壞，影響到整個電子設(shè)計的功能，對布線的效果和電子產(chǎn)品的使用壽命都有直接的影響。因此，合理有效的元件布局，是PCB設(shè)計成功的第一步。

1 PCB元件布局原則

PCB布局前按照整個功能按模塊對電路進行分區(qū)。區(qū)域規(guī)劃時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)鍵元件為重點放置到合適的位置。當(dāng)放置元件時，同時考慮子系統(tǒng)電路之間的內(nèi)部電路走線，特別是時序及振蕩電路。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。

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行整體考慮，按照模塊，把各個功能電路單元，劃分大體區(qū)域，盡量保持方向一致。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，人機交互部分等等。按照電路板的實際功能需要進行模塊區(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，人機交互部分要考慮到人機工程的要求進行合理布局。為達到布局整齊、美觀的效果，要在保證電氣性能的前提下，將各功能模塊的元件放置在柵格上，相互平行，或垂直排列，做到井井有條。

然后，把每個功能模塊電路的核心元件作為中心，圍繞其來進行布局。在PCB的排列上，各個元器件要排列的均勻、緊湊、整齊劃一，盡量避免各元器件之間的引線和連接，以方便布線，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，要認真思考，結(jié)合生產(chǎn)實際進行分析。它們的布局，不但要合乎電路功能的要求，而且要符合實際生產(chǎn)的要求。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。為了方便散熱，發(fā)熱元件要布置在 PCB 的邊緣；若PCB為垂直安裝，發(fā)熱元件應(yīng)布置在 PCB 的上方。

在電源布局時，盡量讓器件布局方便電源線布線走向。布局時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，要配合恰當(dāng)，以降低電磁干擾的影響。否則，會出現(xiàn)很多環(huán)路，并可能產(chǎn)生噪聲。

由于數(shù)字電路、模擬電路以及電源電路，它們干擾以及抑制干擾的方法有差別，在對元件進行布局時，要把它們分開布置，按模塊分別進行布局。將高頻電路與低頻電路，進行有效的隔離，或者分成小的子電路模塊板，之間用接插件連接。

2 PCB板的位置設(shè)計研究

對PCB板的位置進行設(shè)計時，要全面考慮各個元件，PCB板整體的尺寸大小要合適。若PCB板的體量過大，則元件布局的線條比較長，不僅會增加成本，而且抗噪聲能力也會降低；若PCB板的體量過小，則會影響整個PCB板的散熱。要在PCB板的整體尺寸確定后，再研究各個元器件的位置，最后根據(jù)各個電路的功能單元劃分，對電路的全部元器件分別考慮，分別進行布局。

在PCB板各個元器件的布置上，按照邏輯電路的布局思路，對相互有關(guān)聯(lián)的器件，位置設(shè)計上讓它們盡量靠近，這樣可以提高抗噪聲的效果。各種易產(chǎn)生噪聲的元器件，位置相互靠近一些。對于大電流電路和小電流電路，以及易產(chǎn)生噪聲的器件，它們要盡量遠離邏輯電路，以免產(chǎn)生干擾。條件允許的話，應(yīng)另做電路板。

為了避免印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計布線時，應(yīng)盡量避免長距離的平等走線，線與線之間的距離要盡量遠些。信號線、地線、電源線，盡可能不要交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間，可設(shè)置一根接地的印制線，來有效抑制串?dāng)_。采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感，但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)，具體的做法是，在PCB板的一面，進行橫向布線；PCB板的另一面，進行縱向布線，最后，在交叉孔處，將它們用金屬化孔進行連接。

為了避免高頻信號通過印制導(dǎo)線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，應(yīng)盡量保證導(dǎo)線的連續(xù)，避免導(dǎo)線的不連續(xù)性。由于時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，因此在對時鐘信號引線進行走線時，要將引線靠近地線回路，驅(qū)動器的位置設(shè)計，要緊挨著連接器。總線驅(qū)動器的位置，應(yīng)靠近它要驅(qū)動的總線。

熱設(shè)計的布局，要從有利于散熱的角度考慮。器件在印制版上的排列方式，應(yīng)遵循一定的規(guī)則：對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)備，最好將集成電路按縱長方式排列；對于采用強制空氣冷卻的設(shè)備，最好將集成電路按橫長方式排列。同一塊印制板上的器件，應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度，進行分區(qū)排列。發(fā)熱量小或耐熱性差的器件，應(yīng)把它布局在冷卻氣流的最上流；發(fā)熱量大或耐熱性好的器件，應(yīng)把它布局在冷卻氣流最下游。

對溫度比較敏感的器件，要布局在PCB板溫度最低的區(qū)域，不可放在發(fā)熱器件的正上方，以免受到熱干擾。在水平面上，多個對溫度比較敏感的器件，最好進行交錯布局，以避免它們之間的熱干擾。

3 結(jié)論

綜上所述，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的PCB板，避免代價高昂的返工，在設(shè)計流程中，必須做好PCB板的位置設(shè)計，以最大限度地提高電子產(chǎn)品的性能、可靠性以及使用壽命。

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作者簡介：甘雨田，甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。