摘要：文章介紹了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，通過(guò)實(shí)例重點(diǎn)介紹利用Altium Designer進(jìn)行元件布局的方法，總結(jié)了PCB設(shè)計(jì)中元件布局存在的不足，提出了元件布局的一些具體做法和改進(jìn)措施，旨在設(shè)計(jì)出符合要求的PCB板，提高PCB板的設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：電路設(shè)計(jì)；元件布局；PCB板

作為電子工程師，設(shè)計(jì)電路是一項(xiàng)必備的硬功夫，不管原理設(shè)計(jì)再完美，電路板設(shè)計(jì)不合理，性能將大打折扣，嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作。下面按照制作流程，介紹PCB設(shè)計(jì)的基本步驟如下圖所示：

在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，元件的布局相當(dāng)重要，元件的布局與走線對(duì)產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容、電路性能都有很大的影響，是應(yīng)該特別注意的地方。零件布局，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾、將來(lái)布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機(jī)械尺寸有關(guān)的器件，并鎖定這些器件，然后用手工方式安排并固定核心元件、輸入信號(hào)處理芯片、輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片、大功率元件、熱敏元件、對(duì)干擾敏感的元件、數(shù)字IC去耦電容、電源濾波電容、時(shí)鐘電路元件等的位置，再是外圍的小元件，最后再用手工方式對(duì)印制板上個(gè)別元件位置做進(jìn)一步調(diào)整，為自動(dòng)布局做準(zhǔn)備。

一般來(lái)說(shuō)，元件的布局應(yīng)該遵循以下一些原則：

1）、元件位置安排的一般原則。在PCB設(shè)計(jì)中，如果電路系統(tǒng)有數(shù)字電路、模擬電路以及大電流回路，則必須分開(kāi)布局，使各系統(tǒng)之間耦合達(dá)到最小。

在同一類型電路中，指都是數(shù)字電路或模擬電路，按信號(hào)流向及功能，分塊、分區(qū)放置元器件。

輸入信號(hào)處理元件、輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)盡量靠近印制電路板邊框，使輸入/輸出信號(hào)走線盡可能短，以減少輸入/輸出信號(hào)可能受到的干擾。

2）、元件離印制板機(jī)械邊框的最小距離必須大于2 mm以上，如果印制板安裝空間允許的話，最好保留5～10 mm。

3）、元件放置方向。在印制板上，元件只能沿水平和垂直兩個(gè)方向排列，否則不利于插件。對(duì)于豎直安裝的印制電路板，當(dāng)采用自然對(duì)流冷卻方式時(shí)，集成電路芯片最好豎直放置，發(fā)熱量大的元件要放在印制板的最上方；當(dāng)采用散熱風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻時(shí)，集成電路芯片最好水平放置，發(fā)熱量大的元件要放在風(fēng)扇直接吹到的位置。

4）、元件間距。對(duì)于中等布線密度印制板，小元件，如小功率電阻、電容、二極管、三極管等分立元件彼此間的間距與插件、焊接工藝有關(guān)：當(dāng)采用自動(dòng)插件和波峰焊接工藝時(shí)，元件之間的最小距離可以取50～100 mil即1.27～2.54 mm；而當(dāng)采用手工插件或手工焊接時(shí)，元件間距要大一些，如取100 mil或以上，否則會(huì)因元件排列過(guò)于緊密，給插件、焊接操作帶來(lái)不便。對(duì)于大尺寸元件，如集成電路芯片，元件間距一般為100～150 mil。對(duì)于高密度印制板，可適當(dāng)減小元件間距。

元件間距要適當(dāng)，如果間距太小，除了不利于插件、焊接操作外，也不利于散熱。

對(duì)于發(fā)熱量大的功率元件，元件間距要足夠大，以利于大功率元件散熱，同時(shí)也避免了大功率元件間通過(guò)熱輻射相互加熱，以保證電路系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。

當(dāng)元件間電位差較大時(shí)，元件間距應(yīng)足夠大，以免出現(xiàn)放電現(xiàn)象，造成電路無(wú)法工作或損壞器件；帶高壓元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離整機(jī)調(diào)試時(shí)手容易觸及的部位，避免發(fā)生觸電事故。

但元件間距也不能太大，否則印制板面積會(huì)迅速增大，除了增加成本外，還會(huì)使連線長(zhǎng)度變長(zhǎng)，造成印制導(dǎo)線寄生電容、電阻、電感等增大，使系統(tǒng)抗干擾能力變差。

5）、熱敏元件要盡量遠(yuǎn)離大功率元件。

6）、電路板上重量較大的元件應(yīng)盡量靠近印制電路板支撐點(diǎn)，使印制電路板翹曲度降至最小。如果電路板不能承受，則可把這類元件移出印制板，安裝到機(jī)箱內(nèi)特制的固定支架上。

7）、對(duì)于需要調(diào)節(jié)的元件，如電位器、微調(diào)電阻、可調(diào)電感等的安裝位置應(yīng)充分考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)要求；對(duì)于需要機(jī)外調(diào)節(jié)的元件，其安裝位置與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置要一致；對(duì)于機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)的元件，其放置位置以打開(kāi)機(jī)蓋后即可方便調(diào)節(jié)為原則。

8）、在布局時(shí)IC去耦電容要盡量靠近IC芯片的電源和地線引腳，否則濾波效果會(huì)變差。在數(shù)字電路中，為保證數(shù)字電路系統(tǒng)工作可靠，在每一數(shù)字集成電路芯片包括門電路和抗干擾能力較差的CPU、RAM、ROM芯片的電源和地之間均需要放置IC去耦電容。

IC去耦電容吸收了該集成塊內(nèi)有關(guān)門電路開(kāi)、關(guān)瞬間引起電源波動(dòng)而產(chǎn)生的尖峰脈沖，避免尖峰脈沖影響系統(tǒng)中的其他元件。去耦電容一般采用瓷片電容或多層瓷片電容，容量為0.01～0.1 μF。

在電路板電源入口處的電源線和地線間也需加接一個(gè)470μF左右的鉭電解電容，最好不要用鋁電容，原因是鋁電容由兩層鋁箔片卷成，寄生電感大，高頻特性差。

9）、時(shí)鐘電路元件盡量靠近CPU時(shí)鐘引腳。數(shù)字電路，尤其是單片機(jī)控制系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路，最容易產(chǎn)生電磁輻射，干擾系統(tǒng)內(nèi)其他元器件。因此，布局時(shí)，時(shí)鐘電路元件應(yīng)盡可能靠在一起，且盡可能靠近單片機(jī)芯片時(shí)鐘信號(hào)引腳，以減少時(shí)鐘電路的連線長(zhǎng)度。如果時(shí)鐘信號(hào)需要接到電路板外，則時(shí)鐘電路應(yīng)盡可能靠近電路板邊緣，使時(shí)鐘信號(hào)引出線最短；如果不需引出，可將時(shí)鐘電路放在印制板中心。

下面是兩種布局的對(duì)比圖。

總之，掌握并運(yùn)用好元件布局布線的基本規(guī)則，對(duì)提高產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容、電路性能都有很大影響，對(duì)設(shè)計(jì)者提高PCB板的設(shè)計(jì)能力有很大幫助，更是電子工程師必備的基本能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周冰. Altium Designer 13標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2014

[2] http：//www.elecfans.com/tags/PCB布局

作者簡(jiǎn)介：

胡建明，男，1970.2.17，漢族，重慶忠縣人，副教授，重慶三峽職業(yè)學(xué)院，研究方向：電子技術(shù)及自動(dòng)化控制方向，