常見的PCB布局困擾分析及精彩案例分享

ID:414850 · 發表于 2018-10-24 19:52

常見的PCB布局方面的問題和困惑
一個產品的成功與否，一方面要求功能質量良好，另一方面要求美觀，要像向雕琢一件工藝品一樣布局您的電路板。在PCB元件布局方面經常會有這些疑問和困擾。
PCB板形與整機是否匹配？元器件之間是間距是否合理，有無水平上或高度上的沖突？
PCB是否需要拼版，是否要預留工藝邊，是否預留安裝孔，如何排列定位孔？
如何考慮阻抗控制，信號完整性，電源信號穩定，電源模塊散熱？
需要經常更換的元件是否方便替換，可調元件是否方便調節？
熱敏元件與發熱元件之間是否考慮距離？
整板EMC性能，如何布局能有效增強抗干擾能力？
首先劃分區域。根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行整體考慮，將各個功能電路單元按照模塊劃分大體區域，使布局適合信號流通，并盡量保持方向一致。
如上圖所示，大體的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。在保證電氣性能的前提下，各功能模塊的元件應放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀。
然后以每個功能模塊電路的核心元件為中心，圍繞這個中心來進行布局。元器件應均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接以方便布線并減少電磁干擾。在PCB中，特殊的元件比如電源器件、可調器件、發熱及熱敏感器件、高頻部分的關鍵元件、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需要仔細分析，布局要合乎電路功能的要求及生產的需求。不合適的布局可能產生電路兼容問題、信號完整性問題，從而導致PCB設計的失敗。特殊元器件的位置在布局時一般要遵守以下原則：
DC/DC 變換器、開關元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，整流二極管盡可能靠近調壓元件和濾波電容器。以減小其線路長度。
電磁干擾（EMI）濾波器要盡可能靠近 EMI 源。盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設法減少他們的分布參數及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應盡量遠離。
對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元器件的布局應考慮整塊扳子的結構要求，一些經常用到的開關，在結構允許的情況下，應放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。
發熱元件應該布置在 PCB 的邊緣，以利散熱。如果 PCB 為垂直安裝，發熱元件應該布置在 PCB 的上方。熱敏元件應遠離發熱元件。
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良好配合，可降低電磁干擾的影響。如果電源線和地線配合不當，會出現很多環路，并可能產生噪聲。
高、低頻電路由于頻率不同，其干擾以及抑制干擾的方法也不相同。所以在元件布局時，應將數字電路、模擬電路以及電源電路按模塊分開布局。將高頻電路與低頻電路有效隔離，或者分成小的子電路模塊板，之間用接插件連接。
此外，布局中還應特別注意強、弱信號的器件分布及信號傳輸方向路徑等問題。為將干擾減輕到最小程度，模擬電路部分和數字電路部分分隔開之后，保持高、中、低速邏輯電路在 PCB 上也要用不同區域，PCB 板按頻率和電流開關特性分區。噪聲元件與非噪聲元件要距離遠一些。熱敏元件與發熱元件距離遠一些。低電平信號通道遠離高電平信號通道和無濾波的電源線。將低電平的模擬電路和數字電路分開，避免模擬電路、數字電路和電源公共回線產生公共阻抗耦合。
首先劃分區域。根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行整體考慮，將各個功能電路單元按照模塊劃分大體區域，使布局適合信號流通，并盡量保持方向一致。
如上圖所示，大體的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。在保證電氣性能的前提下，各功能模塊的元件應放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀。
然后以每個功能模塊電路的核心元件為中心，圍繞這個中心來進行布局。元器件應均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接以方便布線并減少電磁干擾。在PCB中，特殊的元件比如電源器件、可調器件、發熱及熱敏感器件、高頻部分的關鍵元件、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需要仔細分析，布局要合乎電路功能的要求及生產的需求。不合適的布局可能產生電路兼容問題、信號完整性問題，從而導致PCB設計的失敗。特殊元器件的位置在布局時一般要遵守以下原則：
DC/DC 變換器、開關元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，整流二極管盡可能靠近調壓元件和濾波電容器。以減小其線路長度。
電磁干擾（EMI）濾波器要盡可能靠近 EMI 源。盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設法減少他們的分布參數及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應盡量遠離。
對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元器件的布局應考慮整塊扳子的結構要求，一些經常用到的開關，在結構允許的情況下，應放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。
發熱元件應該布置在 PCB 的邊緣，以利散熱。如果 PCB 為垂直安裝，發熱元件應該布置在 PCB 的上方。熱敏元件應遠離發熱元件。
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良好配合，可降低電磁干擾的影響。如果電源線和地線配合不當，會出現很多環路，并可能產生噪聲。
高、低頻電路由于頻率不同，其干擾以及抑制干擾的方法也不相同。所以在元件布局時，應將數字電路、模擬電路以及電源電路按模塊分開布局。將高頻電路與低頻電路有效隔離，或者分成小的子電路模塊板，之間用接插件連接。
此外，布局中還應特別注意強、弱信號的器件分布及信號傳輸方向路徑等問題。為將干擾減輕到最小程度，模擬電路部分和數字電路部分分隔開之后，保持高、中、低速邏輯電路在 PCB 上也要用不同區域，PCB 板按頻率和電流開關特性分區。噪聲元件與非噪聲元件要距離遠一些。熱敏元件與發熱元件距離遠一些。低電平信號通道遠離高電平信號通道和無濾波的電源線。將低電平的模擬電路和數字電路分開，避免模擬電路、數字電路和電源公共回線產生公共回線產生公共阻抗耦合。
轉自https://blog.csdn.net/ZQ07506149/article/details/82819014

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