常见的PCB布局困扰分析及精彩案例分享

ID:414850 · 发表于 2018-10-24 19:52

常见的PCB布局方面的问题和困惑
一个产品的成功与否，一方面要求功能质量良好，另一方面要求美观，要像向雕琢一件工艺品一样布局您的电路板。在PCB元件布局方面经常会有这些疑问和困扰。
PCB板形与整机是否匹配？元器件之间是间距是否合理，有无水平上或高度上的冲突？
PCB是否需要拼版，是否要预留工艺边，是否预留安装孔，如何排列定位孔？
如何考虑阻抗控制，信号完整性，电源信号稳定，电源模块散热？
需要经常更换的元件是否方便替换，可调元件是否方便调节？
热敏元件与发热元件之间是否考虑距离？
整板EMC性能，如何布局能有效增强抗干扰能力？
首先划分区域。根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行整体考虑，将各个功能电路单元按照模块划分大体区域，使布局适合信号流通，并尽量保持方向一致。
如上图所示，大体的功能模块比如电源部分，核心控制部分，信号输入处理部分，信号输出处理部分，接插件部分，人机交互部分等等。按照电路板的实际功能需要进行模块区域的划分。一般的原则是电源部分集中布局在板边，核心控制部分在板中间，信号输入部分位于核心控制部分的左边，而信号输出部分位于核心控制部分右边。接插件部分尽量布置在板边，人机交互部分要考虑到人机工程的要求进行合理布局。在保证电气性能的前提下，各功能模块的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。
然后以每个功能模块电路的核心元件为中心，围绕这个中心来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接以方便布线并减少电磁干扰。在PCB中，特殊的元件比如电源器件、可调器件、发热及热敏感器件、高频部分的关键元件、核心芯片、易受干扰的元件、体积或重量大的器件、带高压器件，以及一些异性元件，这些特殊元件的位置需要仔细分析，布局要合乎电路功能的要求及生产的需求。不合适的布局可能产生电路兼容问题、信号完整性问题，从而导致PCB设计的失败。特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：
DC/DC 变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，整流二极管尽可能靠近调压元件和滤波电容器。以减小其线路长度。
电磁干扰（EMI）滤波器要尽可能靠近 EMI 源。尽可能缩短高频元器件之间的连接，设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近，输入和输出应尽量远离。
对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块扳子的结构要求，一些经常用到的开关，在结构允许的情况下，应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。
发热元件应该布置在 PCB 的边缘，以利散热。如果 PCB 为垂直安装，发热元件应该布置在 PCB 的上方。热敏元件应远离发热元件。
在电源布局时，尽量让器件布局方便电源线布线走向。布局时需要考虑减小输入电源回路的面积。满足流通的情况下，避免输入电源线满板跑，回路圈起来的面积过大。电源线与地线的位置良好配合，可降低电磁干扰的影响。如果电源线和地线配合不当，会出现很多环路，并可能产生噪声。
高、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑制干扰的方法也不相同。所以在元件布局时，应将数字电路、模拟电路以及电源电路按模块分开布局。将高频电路与低频电路有效隔离，或者分成小的子电路模块板，之间用接插件连接。
此外，布局中还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向路径等问题。为将干扰减轻到最小程度，模拟电路部分和数字电路部分分隔开之后，保持高、中、低速逻辑电路在 PCB 上也要用不同区域，PCB 板按频率和电流开关特性分区。噪声元件与非噪声元件要距离远一些。热敏元件与发热元件距离远一些。低电平信号通道远离高电平信号通道和无滤波的电源线。将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合。
首先划分区域。根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行整体考虑，将各个功能电路单元按照模块划分大体区域，使布局适合信号流通，并尽量保持方向一致。
如上图所示，大体的功能模块比如电源部分，核心控制部分，信号输入处理部分，信号输出处理部分，接插件部分，人机交互部分等等。按照电路板的实际功能需要进行模块区域的划分。一般的原则是电源部分集中布局在板边，核心控制部分在板中间，信号输入部分位于核心控制部分的左边，而信号输出部分位于核心控制部分右边。接插件部分尽量布置在板边，人机交互部分要考虑到人机工程的要求进行合理布局。在保证电气性能的前提下，各功能模块的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。
然后以每个功能模块电路的核心元件为中心，围绕这个中心来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接以方便布线并减少电磁干扰。在PCB中，特殊的元件比如电源器件、可调器件、发热及热敏感器件、高频部分的关键元件、核心芯片、易受干扰的元件、体积或重量大的器件、带高压器件，以及一些异性元件，这些特殊元件的位置需要仔细分析，布局要合乎电路功能的要求及生产的需求。不合适的布局可能产生电路兼容问题、信号完整性问题，从而导致PCB设计的失败。特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：
DC/DC 变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，整流二极管尽可能靠近调压元件和滤波电容器。以减小其线路长度。
电磁干扰（EMI）滤波器要尽可能靠近 EMI 源。尽可能缩短高频元器件之间的连接，设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近，输入和输出应尽量远离。
对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块扳子的结构要求，一些经常用到的开关，在结构允许的情况下，应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度。
发热元件应该布置在 PCB 的边缘，以利散热。如果 PCB 为垂直安装，发热元件应该布置在 PCB 的上方。热敏元件应远离发热元件。
在电源布局时，尽量让器件布局方便电源线布线走向。布局时需要考虑减小输入电源回路的面积。满足流通的情况下，避免输入电源线满板跑，回路圈起来的面积过大。电源线与地线的位置良好配合，可降低电磁干扰的影响。如果电源线和地线配合不当，会出现很多环路，并可能产生噪声。
高、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑制干扰的方法也不相同。所以在元件布局时，应将数字电路、模拟电路以及电源电路按模块分开布局。将高频电路与低频电路有效隔离，或者分成小的子电路模块板，之间用接插件连接。
此外，布局中还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向路径等问题。为将干扰减轻到最小程度，模拟电路部分和数字电路部分分隔开之后，保持高、中、低速逻辑电路在 PCB 上也要用不同区域，PCB 板按频率和电流开关特性分区。噪声元件与非噪声元件要距离远一些。热敏元件与发热元件距离远一些。低电平信号通道远离高电平信号通道和无滤波的电源线。将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共回线产生公共阻抗耦合。
转自https://blog.csdn.net/ZQ07506149/article/details/82819014

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