PCB板上元件布局有什么要求

1、PCB 板上元件布局有什么要求1 布局的设计Protel 虽然具有自动布局的功能 , 但并不能完全满足高频电路的工作需要 , 往往要凭借设 计者的经验 , 根据具体情况 , 先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置 , 再结合自动 布局完成 PCB 的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、 EMC (电磁 兼容 等 , 必须从电路板的整体布局、布线的可通性和 PCB 的可制造性、机械结构、散热、 EMI(电磁干扰 、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件 , 再放置特殊的和较大的元器件 , 最后放 置小元器件。 同时 , 要兼顾布线方

2、面的要求 , 高频元器件的放置要尽量紧凑 , 信号线的布线才能 尽可能短 , 从而降低信号线的交叉干扰等。1.1 与机械尺寸有关的定位插件的放置电源插座、开关、 PCB 之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常 , 电 源与 PCB 之间的接口放到 PCB 的边缘处 , 并与 PCB 边缘要有 3 mm5 mm的间距 ; 指示发 光二极管应根据需要准确地放置 ; 开关和一些微调元器件 , 如可调电感、可调电阻等应放置在 靠近 PCB 边缘的位置 , 以便于调整和连接 ; 需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的 位置 , 以易于更换。1.2 特殊元器件的放置大功率管、变压器、整

3、流管等发热器件 , 在高频状态下工作时产生的热量较多 , 所以在布局 时应充分考虑通风和散热 , 将这类元器件放置在 PCB 上空气容易流通的地方。 大功率整流管 和调整管等应装有散热器 , 并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件 , 否则电解液会被烤干 , 造成其电阻增大 , 性能变差 , 影响电路的稳定性。易发生故障的元器件 , 如调整管、电解电容器、继电器等 , 在放置时还要考虑到维修方便。 对经常需要测量的测试点 , 在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。由于电源设备内部会产生 50 Hz泄漏磁场 , 当它与低频放大器的某些部分交连时 , 会对低频 放大器产生

4、干扰。因此 , 必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图 排成直线形式 , 如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动 , 不影响其他电路的工 作。输入级与输出级应当尽可能地远离 , 减小它们之间的寄生耦合干扰。考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系 , 还应将低频电路和高频电路分开 , 模拟电路 和数字电路分开。集成电路应放置在 PCB 的中央 , 这样方便各引脚与其他器件的布线连接。电感器、 变压器等器件具有磁耦合 , 彼此之间应采用正交放置 , 以减小磁耦合。 另外 , 它们都 有较强的磁场 , 在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽 , 以减小对其他电路的影响。在

5、PCB 的关键部位要配置适当的高频退耦电容 , 如在 PCB 电源的输入端应接一个 10F 100 F的电解电容 , 在集成电路的电源引脚附近都应接一个 0.01 pF左右的瓷片电容。有些 电路还要配置适当的高频或低频扼流圈 , 以减小高低频电路之间的影响。这一点在原理图设 计和绘制时就应给予考虑 , 否则也将会影响电路的工作性能。元器件排列时的间距要适当 , 其间距应考虑到它们之间有无可能被击穿或打火。含推挽电路、桥式电路的放大器 , 布置时应注意元器件电参数的对称性和结构的对称性 , 使 对称元器件的分布参数尽可能一致。在对主要元器件完成手动布局后 , 应采用元器件锁定的方法 , 使这些元

6、器件不会在自动布 局时移动。即执行 Edit change命令或在元器件的 Properties 选中 Locked 就可以将其锁定 不再移动。1.3 普通元器件的放置对于普通的元器件 , 如电阻、电容等 , 应从元器件的排列整齐、占用空间大小、布线的可通 性和焊接的方便性等几个方面考虑 , 可采用自动布局的方式。2 布线的设计布线是在合理布局的基础上实现高频 PCB 设计的总体要求。 布线包括自动布线和手动布 线两种方式。 通常 , 无论关键信号线的数量有多少 , 首先对这些信号线进行手动布线 , 布线完成 后对这些信号线布线进行仔细检查 , 检查通过后将其固定 , 再对其他布线进行自动布线

7、。即采 用手动和自动布线相结合来完成 PCB 的布线。在高频 PCB 的布线过程中应特别注意以下几个方面问题。2.1 布线的走向电路的布线最好按照信号的流向采用全直线 , 需要转折时可用 45°折线或圆弧曲线来完成 , 这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。 高频信号线的布线应尽可能短。 要根据 电路的工作频率 , 合理地选择信号线布线的长度 , 这样可以减少分布参数 , 降低信号的损耗。 制 作双面板时 , 在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行 , 这样 可以减少相互干扰和寄生耦合。高频信号线与低频信号线要尽可能分开 , 必要时采取屏蔽措施 ,

8、防止相互间干扰。对于接收 比较弱的信号输入端 , 容易受到外界信号的干扰 , 可以利用地线做屏蔽将其包围起来或做好 高频接插件的屏蔽。同一层面上应该避免平行走线 , 否则会引入分布参数 , 对电路产生影响。 若无法避免时可在两平行线之间引入一条接地的铜箔 , 构成隔离线。在数字电路中 , 对于差分信号线 , 应成对地走线 , 尽量使它们平行、靠近一些 , 并且长短相差 不大。2.2 布线的形式在 PCB 的布线过程中 , 走线的最小宽度由导线与绝缘层基板之间的粘附强度以及流过导 线的电流强度所决定。当铜箔的厚度为 0.05mm 、宽度为 1mm 1.5 mm时 , 可以通过 2A 电流。 温度

9、不会高于 3 , 除一些比较特殊的走线外 , 同一层面上的其他布线宽度应尽可能一 致。在高频电路中布线的间距将影响分布电容和电感的大小 , 从而影响信号的损耗、电路的 稳定性以及引起信号的干扰等。在高速开关电路中 , 导线的间距将影响信号的传输时间及波 形的质量。 因此 , 布线的最小间距应大于或等于 0.5 mm,只要允许 ,PCB 布线最好采用比较宽 的线。印制导线与 PCB 的边缘应留有一定的距离 (不小于板厚 ,这样不仅便于安装和进行机械加 工 , 而且还提高了绝缘性能。布线中遇到只有绕大圈才能连接的线路时 , 要利用飞线 , 即直接用短线连接来减少长距离 走线带来的干扰。含有磁敏元件

10、的电路其对周围磁场比较敏感 , 而高频电路工作时布线的拐弯处容易辐射电 磁波 , 如果 PCB 中放置了磁敏元件 , 则应保证布线拐角与其有一定的距离。同一层面上的布线不允许有交叉。 对于可能交叉的线条 , 可用 “ 钻 ” 与 “ 绕 ” 的办法解决 , 即让某 引线从其他的电阻、 电容、 三极管等器件引脚下的空隙处 “ 钻 ” 过去 , 或从可能交叉的某条引线 的一端 “ 绕 ” 过去。在特殊情况下 , 如果电路很复杂 , 为了简化设计 , 也允许用导线跨接解决交叉 问题。当高频电路工作频率较高时 , 还需要考虑布线的阻抗匹配及天线效应问题。2.3 电源线与地线的布线要求根据不同工作电流的

11、大小 , 尽量加大电源线的宽度。 高频 PCB 应尽量采用大面积地线并布 局在 PCB 的边缘 , 可以减少外界信号对电路的干扰 ; 同时 , 可以使 PCB 的接地线与壳体很好地 接触 , 使 PCB 的接地电压更加接近于大地电压。应根据具体情况选择接地方式 , 与低频电路 有所不同 , 高频电路的接地线应该采用就近接地或多点接地的方式 , 接地线短而粗 , 以尽量减 少地阻抗 , 其允许电流要求能够达到 3倍于工作电流的标准。 扬声器的接地线应接在 PCB 功 放输出级的接地点 , 切勿任意接地。在布线过程中还应该及时地将一些合理的布线锁定 , 以免多次重复布线。即执行 Editselec

12、tNet 命令在预布线的属性中选中 Locked 就可以将其锁定不再移动。3 焊盘及敷铜的设计3.1 焊盘与孔径在保证布线最小间距不违反设计的电气间距的情况下 , 焊盘的设计应较大 , 以保证足够的 环宽。一般焊盘的内孔要比元器件的引线直径稍微大一点 , 设计过大 , 容易在焊接中形成虚 焊。 焊盘外径 D 一般不小于 (d+1.2mm,其中 d 为焊盘内孔径 , 对于一些密度比较大的 PCB ,焊盘的最小值可以取 (d+1.0 mm。焊盘的形状通常设置为圆形 , 但是对于 DIP 封装的集成电 路的焊盘最好采用跑道形 , 这样可以在有限的空间内增大焊盘的面积 , 有利于集成电路的焊 接。布线

13、与焊盘的连接应平滑过渡 , 即当布线进入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时 , 应采用 补泪滴设计。需要注意的是 , 焊盘内孔径 d 的大小是不同的 , 应当根据实际元器件引线直径的大小加以考 虑 , 如元件孔、安装孔和槽孔等。而焊盘的孔距也要根据实际元器件的安装方式进行考虑 , 如 电阻、二极管、管状电容器等元件有 “ 立式 ” 、 “ 卧式 ” 两种安装方式 , 这两种方式的孔距是不同 的。此外 , 焊盘孔距的设计还要考虑元器件之间的最小间隙要求 , 特别是特殊元器件之间的间 隙需要由焊盘间的孔距来保证。在高频 PCB 中 , 还要尽量减少过孔的数量 , 这样既可减少分布电容 , 又能增加 P

14、CB 的机械强 度。总之 , 在高频 PCB 的设计中 , 焊盘及其形状、孔径与孔距的设计既要考虑其特殊性 , 又要 满足生产工艺的要求。采用规范化的设计 , 既可降低产品成本 , 又可在保证产品质量的同时提 高生产的效率。3.2 敷铜敷铜的主要目的是提高电路的抗干扰能力 , 同时对于 PCB 散热和 PCB 的强度有很大好处 , 敷铜接地又能起到屏蔽的作用。 但是不能使用大面积条状铜箔 , 因为在 PCB 的使用中时间太 长时会产生较大热量 , 此时条状铜箔容易发生膨胀和脱落现象 , 因此 , 在敷铜时最好采用栅格 状铜箔 , 并将此栅格与电路的接地网络连通 , 这样栅格将会有较好的屏蔽效果 , 栅格网的尺寸 由所要重点屏蔽的干扰频率而定。在完成布线、 焊盘和过孔的设计后 , 应执行 DRC(设计规则检查 。 在检查结果中详细列出 了所设计的图与所