常见 PCB 布局约束原则

 

一块好的电路板，除了实现电路原理功能之外，还要考虑 EMI、EMC、ESD（静电释放）、信号完整性等电气特性，也要考虑机械结构、大功耗芯片的散热问题，在此基础上再考虑电路板的美观问题，就像进行艺术雕刻一样，对其每一个细节进行斟酌。

常见 PCB 布局约束原则

在对 PCB 元件布局时经常会有以下几个方面的考虑。

（1）PCB 板形与整机是否匹配？

（2）元件之间的间距是否合理？有无水平上或高度上的冲突？

（3）PCB 是否需要拼版？是否预留工艺边？是否预留安装孔？如何排列定位孔？

（4）如何进行电源模块的放置及散热？

（5）需要经常更换的元件放置位置是否方便替换？可调元件是否方便调节？

（6）热敏元件与发热元件之间是否考虑距离？

（7）整板 EMC 性能如何？如何布局能有效增强抗干扰能力？

对于元件和元件之间的间距问题，基于不同封装的距离要求不同和 Altium Designer 自身的特点，如果通过规则设置来进行约束，设置太过复杂，较难实现。一般是在机械层上画线来标出元件的外围尺寸，如图 9-1 所示，这样当其他元件靠近时，就大概知道其间距了。这对于初学者非常实用，也能使初学者养成良好的 PCB 设计习惯。

图 9-1  机械辅助线

通过以上的考虑分析，可以对常见 PCB 布局约束原则进行如下分类。

元件排列原则

（1）在通常条件下，所有的元件均应布置在 PCB 的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的元件（如贴片电阻、贴片电容、贴片 IC 等）放在底层。

（2）在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观。一般情况下不允许元件重叠，元件排列要紧凑，输入元件和输出元件尽量分开远离，不要出现交叉。

（3）某些元件或导线之间可能存在较高的电压，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路，布局时尽可能地注意这些信号的布局空间。

（4）带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

（5）位于板边缘的元件，应该尽量做到离板边缘有两个板厚的距离。

（6）元件在整个板面上应分布均匀，不要这一块区域密，另一块区域疏松，提高产品的可靠性。

按照信号走向布局原则

（1）放置固定元件之后，按照信号的流向逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行局部布局。

（2）元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。在多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。

防止电磁干扰

图 9-2  电感与电感垂直 90°进行布局

（1）对于辐射电磁场较强的元件及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离，或考虑添加屏蔽罩加以屏蔽。

（2）尽量避免高、低电压元件相互混杂及强、弱信号的元件交错在一起。

（3）对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。图 9-2 所示为电感与电感垂直 90°进行布局。

（4）对干扰源或易受干扰的模块进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。屏蔽罩的规划如图 9-3 所示。

抑制热干扰

（1）对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减小对邻近元件的影响，如图 9-4 所示。

（2）一些功耗大的集成块、大功率管、电阻等，要布置在容易散热的地方，并与其他元件隔开一定距离。

图 9-3  屏蔽罩的规划

图 9-4  布局的散热考虑

（3）热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其他发热功当量元件的影响，引起误动作。

（4）双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。

可调元件布局原则

对于电位器、可变电容器、可调电感线圈、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求：若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在 PCB 上便于调节的地方。

编辑：黄飞