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。
审核编辑:郭婷
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原文标题:PCB板布局约束原则,缺一不可
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