PCB布局規(guī)則

PCB元器件的布局

在PCB的排版設(shè)計(jì)中，元器件布設(shè)是至關(guān)重要的，它決定了板面的整齊美觀程度和印制導(dǎo)線的長(zhǎng)短與數(shù)量，對(duì)整機(jī)的可靠性也有一定的影響。PCB元器件布局應(yīng)該遵循的幾條原則是：

1. 元器件在整個(gè)板面上分布均勻、疏密一致。
2. 元器件不要占滿板面，注意板邊四周要留有一定空間。留空的大小要根據(jù)PCB的面積和固定方式來確定，位于印制電路板邊上的元器件，距離PCB的邊緣至少應(yīng)該大于3mm。電子儀器內(nèi)的PCB四周，一般每邊都留有5耀10mm空間。
3. 一般，元器件應(yīng)該布設(shè)在PCB的一面，并且每個(gè)元器件的引出腳要單獨(dú)占用一個(gè)焊盤。



4. 元器件的布設(shè)不能上下交叉。相鄰的兩個(gè)元器件之間，要保持一定的間距。間距不得過小，避免相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應(yīng)當(dāng)保持安全距離。一般環(huán)境中的間隙安全電壓是200V/mm。



5. 元器件的安裝高度要盡量低，一般元器件的引線離開板面不要超過5mm，過高則承受振動(dòng)和沖擊的穩(wěn)定性變差，容易倒伏或與相鄰元器件碰接。
6. 根據(jù)PCB在整機(jī)中的安裝位置及狀態(tài)，確定元件的軸線方向。規(guī)則排列的元器件，應(yīng)該使體積較大的元件的軸線方向在整機(jī)中處于豎立狀態(tài)，可以提高元器件在板上固定的穩(wěn)定性。
7. 元器件兩端焊盤的跨距應(yīng)該稍大于元件體的軸向尺寸。引線不要齊根彎折，彎腳時(shí)應(yīng)該留出一定距離（至少2mm），以免損壞元器件。

PCB元器件的安裝固定方式

在PCB上，元器件有立式與臥式兩種安裝固定的方式。臥式是指元器件的軸線方向與PCB面平行，立式則是垂直的，圖3-10所示。這兩種方式各有特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)該靈活掌握原則，可以采用其中一式，也可以同時(shí)使用兩種方式。但要確保電路的抗振性能好，安裝維修方便，元器件排列均勻，有利于印制導(dǎo)線的布設(shè)。

立式安裝

立式固定的元器件占用面積小，單位板面上容納元器件的數(shù)量多。這種安裝方式適合于元器件排列密集緊湊的產(chǎn)品，例如半導(dǎo)體收音機(jī)、助聽器等，許多小型的便攜式儀表中的元器件也常采用立式安裝法。立式固定的元器件要求體積小、重量輕，過大、過重的元器件不宜立式安裝。否則，整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度變差，抗振能力減弱，元器件容易倒伏造成相互碰接，降低了電路的可靠性。

臥式安裝

和立式固定相比，元器件臥式安裝具有機(jī)械穩(wěn)定性好、板面排列整齊等優(yōu)點(diǎn)。臥式固定使元器件的跨距加大，容易從兩個(gè)焊點(diǎn)之間走線，這對(duì)于布設(shè)印制導(dǎo)線十分有利。

PCB元器件的排列格式

元器件應(yīng)當(dāng)均勻、整齊、緊湊地排列在印制電路板上，盡量減少和縮短各個(gè)單元電路之間和每個(gè)元器件之間的引線和連接。元器件在PCB上的排列格式，有不規(guī)則與規(guī)則的兩種方式。這兩種方式在PCB上可以單獨(dú)采用，也可能同時(shí)出現(xiàn)。

不規(guī)則排列

元器件的軸線方向彼此不一致，在板上的排列順序也沒有一定規(guī)則。用這種方式排列元器件，看起來顯得雜亂無章，但由于元器件不受位置與方向的限制，使印制導(dǎo)線布設(shè)方便，并且可以縮短、減少元器件的連線，大大降低了板面印制導(dǎo)線的總長(zhǎng)度。這對(duì)于減少線路板的分布參數(shù)、抑制干擾很有好處，特別對(duì)于高頻電路極更為有利。這種排列方式一般還在立式安裝固定元器件時(shí)被采納。

規(guī)則排列

元器件的軸線方向排列一致，并與板的四邊垂直、平行。

除了高頻電路之外，一般電子產(chǎn)品中的元器件都應(yīng)當(dāng)盡可能平行或垂直地排列，臥式安裝固定元器件的時(shí)候，更要以規(guī)則排列為主。這不僅是為了板面美觀整齊，還可以方便裝配、焊接、調(diào)試，易于生產(chǎn)和維護(hù)。規(guī)則排列的方式特別適用于板面相對(duì)寬松、元器件種類相對(duì)較少而數(shù)量較多的低頻電路。電子儀器中的元器件常采用這種排列方式。但由于元器件的規(guī)則排列要受到方向或位置的一定限制，所以PCB上導(dǎo)線的布設(shè)可能復(fù)雜一些，導(dǎo)線的總長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)增加。

PCB元器件焊盤的定位

元器件的每個(gè)引出線都要在PCB上占據(jù)一個(gè)焊盤，焊盤的位置隨元器件的尺寸及其固定方式而改變。對(duì)于立式固定和不規(guī)則排列的板面，焊盤的位置可以不受元器件尺寸與間距的限制；對(duì)于規(guī)則排列的板面，要求每個(gè)焊盤的位置及彼此間的距離應(yīng)該遵守一定標(biāo)準(zhǔn)。無論采用哪種固定方式或排列規(guī)則，焊盤的中心（即引線孔的中心）距離PCB的邊緣不能太近，一般距離應(yīng)在2.5mm以上，至少應(yīng)該大于板的厚度。

焊盤的位置一般要求落在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)網(wǎng)格的交點(diǎn)上。

在國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)網(wǎng)格的基本格距為2.54mm（國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)是2.5mm），輔助格距為1.27mm或0.635mil（1.25mm或0.625mil）。這一格距標(biāo)準(zhǔn)只在計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)化打孔、元器件自動(dòng)化裝焊中才有實(shí)際意義。對(duì)于一般人工鉆孔，除了雙列直插式集成電路的管腳以外，其他元器件焊盤的位置則可以不受此格距的嚴(yán)格約束。但在布局設(shè)計(jì)中，焊盤位置應(yīng)該盡量使元器件排列整齊一致，尺寸相近的元件，其焊盤間距應(yīng)該力求統(tǒng)一（焊盤中心距不得小于板的厚度）。這樣，不僅整齊、美觀，而且便于元器件裝配及引線彎腳。當(dāng)然，所謂整齊一致也是相對(duì)而言的，特殊情況要因地制宜。

PCB布局因素

信號(hào)流走向因素

對(duì)整機(jī)電路的布局原則是：把整個(gè)電路按照功能劃分成若干個(gè)電路單元，按照電信號(hào)的流向，逐個(gè)依次安排各個(gè)功能電路單元在板上的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)流盡可能保持一致的方向。在多數(shù)情況下，信號(hào)流向安排成從左到右（左輸入、右輸出）或從上到下（上輸入、下輸出）。與輸入、輸出端直接相連的元器件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。例如：一般是以三極管或集成電路等半導(dǎo)體器件作為核心元件，根據(jù)它們各電極的位置，排布其他元器件。要考慮每個(gè)元器件的形狀、尺寸、極性和引腳數(shù)目，以縮短連線為目的，調(diào)整它們的方向及位置。

特殊元器件位置因素

電子整機(jī)產(chǎn)品的干擾問題比較復(fù)雜，它可能由電、磁、熱、機(jī)械等多種因素引起。所以在著手設(shè)計(jì)PCB的版面、決定整機(jī)電路布局的時(shí)候，應(yīng)該分析電路原理，首先確定特殊元器件的位置，然后再安排其他元器件，盡量避免可能產(chǎn)生干擾的因素，并采取措施，使PCB上可能產(chǎn)生的干擾得到最大限度的抑制。

所謂特殊元器件，是指那些從電、磁、熱、機(jī)械強(qiáng)度等幾方面對(duì)整機(jī)性能產(chǎn)生影響或根據(jù)操作要求而固定位置的元器件。

電磁干擾預(yù)防因素

電磁干擾是在整機(jī)工作中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，其原因也是多方面的，除了外界因素（如空間電磁波）造成干擾以外，PCB布線不合理，元器件安裝位置不恰當(dāng)?shù)?，都可以引起干擾。這些干擾因素，如果在布局設(shè)計(jì)中事先予以重視，則完全可以避免。相反，如果在設(shè)計(jì)中考慮不周，便會(huì)出現(xiàn)干擾，使設(shè)計(jì)失敗。這里，就PCB設(shè)計(jì)方案可能造成的幾種電磁干擾及其抑制方法進(jìn)行討論。

相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元器件，應(yīng)當(dāng)盡量分開或采取屏蔽措施。要設(shè)法縮短高頻部分元器件之間的連線，減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾（如果需要對(duì)高頻部分使用金屬屏蔽罩時(shí)，還應(yīng)該在板上留出屏蔽罩占用的面積）。易受干擾的元器件不能離得太近。強(qiáng)電部分（220V）和弱電部分（直流電源供電）、輸入級(jí)和輸出級(jí)的元件應(yīng)當(dāng)盡量分割開。直流電源引線較長(zhǎng)時(shí)，要增加濾波元件，防止50Hz干擾。

由于某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高電位差，應(yīng)該加大它們的距離，以免因放電、擊穿引起意外短路。金屬殼的元器件要避免相互觸碰。例如：NPN型三極管的外殼或大功率管的散熱片一般接管芯的集電極C，在電路中接電源正極或高電位；電解電容器的外殼為負(fù)極，在電路中接地或接低電位。如果二者的外殼都不帶絕緣，設(shè)計(jì)電路板時(shí)就必須考慮它們的距離，否則在電路工作時(shí)，二者相碰就會(huì)造成電源短路事故。

熱干擾抑制因素

溫度升高造成的干擾，在PCB設(shè)計(jì)中也應(yīng)該引起注意。例如，晶體管是一種溫度敏感器件，特別是鍺材料的半導(dǎo)體器件，更容易受環(huán)境溫度的影響而使其工作點(diǎn)漂移，造成整個(gè)電路的電氣性能發(fā)生變化。在布局設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候，應(yīng)該首先分析、區(qū)別哪些是發(fā)熱元件，哪些是溫度敏感元件。

裝在板上的發(fā)熱元器件（如功耗大的電阻）應(yīng)當(dāng)布置在靠近外殼或通風(fēng)較好的地方，以便利用機(jī)殼上開鑿的通風(fēng)孔散熱。盡量不要把幾個(gè)發(fā)熱元器件放在一起，并且要考慮使用散熱器或小風(fēng)扇等裝置，使元器件的溫升不超過允許值。大功率器件可以直接固定在機(jī)殼上，利用金屬外殼傳導(dǎo)散熱；如果必須安裝在印制電路板上，則要特別注意不能將它們緊貼在板上安裝，而要配置足夠大的散熱片，還應(yīng)該同其他元器件保持一定距離，避免發(fā)熱元器件對(duì)周圍元器件產(chǎn)生熱傳導(dǎo)或熱輻射。

對(duì)于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備內(nèi)的上部。電路長(zhǎng)期工作引起溫度升高，會(huì)影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。

機(jī)械強(qiáng)度因素

要注意整個(gè)電路板的重心平衡與穩(wěn)定。對(duì)于那些又大又重、發(fā)熱量較多的元器件（如電源變壓器、大電解電容器和帶散熱片的大功率晶體管等），一般不要直接安裝固定在印制電路板上。應(yīng)當(dāng)把它們固定在機(jī)箱底板上，使整機(jī)的重心靠下，容易穩(wěn)定。否則，這些大型元器件不僅要大量占據(jù)PCB上的有效面積和空間，而且在固定它們時(shí)，往往可能使PCB彎曲變形，導(dǎo)致其他元器件受到機(jī)械損傷，還會(huì)引起對(duì)外連接的接插件接觸不良。重量在15g以上的大型元器件，如果必須安裝在電路板上，不能只靠焊盤焊接固定，應(yīng)當(dāng)采用支架或卡子等輔助固定措施。

當(dāng)印制電路板的板面尺寸大于200mm×150mm時(shí)，考慮到電路板所承受重力和振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，應(yīng)該采用機(jī)械邊框?qū)λ庸蹋悦庾冃?。在板上留出固定支架、定位螺釘和連接插座所用的位置。

可操作性考慮因素

對(duì)于電位器、可變電容器或可調(diào)電感線圈等調(diào)節(jié)元件的布局，要考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)的安排。如果是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)，如果是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，則應(yīng)放在PCB上能夠方便地調(diào)節(jié)的地方。

為了保證調(diào)試、維修的安全，特別要注意帶高電壓的元器件（例如顯示器的陽極高壓電路元件），盡量布置在操作時(shí)人手不易觸及的地方。

PCB布局總結(jié)

印制電路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是布局設(shè)計(jì)。把電子元器件在一定的制板面積上合理地布局排版，是設(shè)計(jì)印制電路的第一步。布局設(shè)計(jì)，不單純是按照電路原理把元器件通過印制線條簡(jiǎn)單地連接起來。為使整機(jī)能夠穩(wěn)定可靠地工作，要對(duì)元器件及其連接在PCB上進(jìn)行合理的排版布局。如果排版布局不合理，就有可能出現(xiàn)各種干擾，以致合理的原理方案不能實(shí)現(xiàn)，或使整機(jī)技術(shù)指標(biāo)下降。有些布局設(shè)計(jì)雖然能夠達(dá)到原理的技術(shù)參數(shù)，但元器件的排列疏密不勻、雜亂無章，不僅影響美觀，也會(huì)給裝配和維修帶來不便。這樣的設(shè)計(jì)當(dāng)然也不能算是合理的。這里將介紹布局的一般原則，力求使設(shè)計(jì)者掌握普通印制電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，使布局設(shè)計(jì)盡量合理。

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