为什么PCB上组件的位置很重要？

在低频下，电子部件在电路板上的布置可以非常自由和容易地进行。最终设计和散热是唯一需要监控的关键点。然而，在高频下，组件的位置至关重要，即使在电气上有效，错误的定位也会损害整个系统的功能。

 

组件在电路板上的位置是任何项目的重要组成部分。许多工程师经常尝试绕过此阶段，以便首先解决可能更重要的问题。

在高频下，仔细放置元件非常重要，因为这对于优化信号路径和改善电路操作至关重要。电路板上组件的最佳放置不再仅仅由电子学中严格的理论规则来定义。强大的程序使开发人员能够创建高度复杂的电子电路，从而使这一决定变得更加容易。

更通用的规则应与缩短关键路径的长度，主电路和控制电路之间的物理隔离以及模拟部分和数字部分之间的区别有关。仔细的布局有助于提高电路的效率，并减小其尺寸。

 

高频元件的定位

如果电信号超过1 MHz的频率，则系统可能变得至关重要，尤其是在电气和电子组件（尤其是电容和电感组件）的位置方面。组件即使彼此电连接，其行为也取决于它们的布置，形状和电连接的大小。有时将电容器或线圈移动几厘米就足以完全改变电路板的性能。无线电发射器和接收器，RF放大器和其他在高频下运行的设备就是这种情况。请记住，当这些信号处于MHz量级时，信号会离开电路并传播到外部。甚至接线和连接的微小变化都会（正面或负面地）影响设备的运行。

 

图1显示了使用小型高频电路的这种敏感性。特别是在这种电路和解决方案的情况下，接地点应放置在靠近组件的位置，以避免形成会损害HF系统正常功能的长信号线。电子组件的连接距离不应太远，尤其是在接地点，因为很容易发生不希望的自然振荡。相反，如果可能，组件应连接到单个接地层。

 

图1：在高频电路中，接地平面的面积必须非常有限，并且与其相连的组件应尽可能靠近在一起。

 

调谐和放大元件之间的连接必须非常短，特别是如果工作频率超过8-10 MHz。对于高频LC电路，尽管电连接保持不变，但电感器相对于电容器的物理旋转有时会完全改变电路的效率（见图2）。

 

图2：在高频情况下，电抗性组件电连接是不够的，但是必须正确布置它们。

 

放置用于散热的组件

优化印刷电路板和放置电子元件始终是一项艰巨而艰巨的任务（见图3）。通常，连接各种元件（电阻器，电容器，电感器，集成元件等）的导电路径必须非常短，并且设备必须非常靠近。如果您主要在高频下工作，这是正确的。但是，减小连接长度可能会导致热问题，从而导致局部加热不均匀，并导致乍一看无法理解的缺陷。在这些情况下，最好将组件和热通道平行放置在板上。现代方法提供了确定最佳组件位置的快速方法，从而实现了均匀的热流分布。由此带来的好处是整个系统的热性能更好。

 

图3：工作温度测量和热模拟有助于正确定位电子元件。

使用方程式来解决问题的纯粹科学方面也很有用。阿为每个单独的元件的性能的数学模型被认为是，其描述了在电子电路基板上的空气的温度。电路板由带有热敏元件的栅格组成，这些元件会产生热量，但同时通过对流的强制冷空气冷却。这些模型提供了组分和空气温度的方程式。线性数学模型通常会产生出色的结果。

 

组件的放置和遗传算法

随着人工智能的出现，电子行业也参与其中。遗传算法集成在一起，可以优化电子元件的位置，尤其是评估操作过程中的热量（见图4）。首先，将它们放在表面上并通过强制气流对流进行冷却。热模型是二维的。因此，该算法通过遵循各种热标准来优化位置和距离。在下一阶段，遗传算法用于优化电子元件在电路板上的位置，这一次是使用三维热模型。对于这种类型的优化，软件将执行数百万个排列和组合，直到找到最佳排列。

 

图4：遗传算法对于优化电路板上组件的位置非常有帮助。