PCB板佈局約束原則,缺一不可

一塊好的電路板,除了實現電路原理功能之外,還要考慮 EMI、EMC、ESD(靜電釋放)、信號完整性等電氣特性,也要考慮機械結構、大功耗芯片的散熱問題,在此基礎上再考慮電路板的美觀問題,就像進行藝術雕刻一樣,對其每一個細節進行斟酌。

常見 PCB佈局約束原則

在對 PCB 元件佈局時經常會有以下幾個方面的考慮。

(1)PCB 板形與整機是否匹配?

(2)元件之間的間距是否合理?有無水平上或高度上的衝突?

(3)PCB 是否需要拼版?是否預留工藝邊?是否預留安裝孔?如何排列定位孔?

(4)如何進行電源模塊的放置及散熱?

(5)需要經常更換的元件放置位置是否方便替換?可調元件是否方便調節?

(6)熱敏元件與發熱元件之間是否考慮距離?

(7)整板 EMC 性能如何?如何佈局能有效增強抗干擾能力?

對於元件和元件之間的間距問題,基於不同封裝的距離要求不同和 Altium Designer 自身的特點,如果通過規則設置來進行約束,設置太過複雜,較難實現。一般是在機械層上畫線來標出元件的外圍尺寸,如圖 9-1 所示,這樣當其他元件靠近時,就大概知道其間距了。這對於初學者非常實用,也能使初學者養成良好的 PCB 設計習慣。

PCB板布局约束原则,缺一不可

圖 9-1 機械輔助線

通過以上的考慮分析,可以對常見 PCB 佈局約束原則進行如下分類。

元件排列原則

(1)在通常條件下,所有的元件均應佈置在 PCB 的同一面上,只有在頂層元件過密時,才能將一些高度有限並且發熱量小的元件(如貼片電阻、貼片電容、貼片 IC 等)放在底層。

(2)在保證電氣性能的前提下,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。一般情況下不允許元件重疊,元件排列要緊湊,輸入元件和輸出元件儘量分開遠離,不要出現交叉。

(3)某些元件或導線之間可能存在較高的電壓,應加大它們的距離,以免因放電、擊穿而引起意外短路,佈局時儘可能地注意這些信號的佈局空間。

(4)帶高電壓的元件應儘量佈置在調試時手不易觸及的地方。

(5)位於板邊緣的元件,應該儘量做到離板邊緣有兩個板厚的距離。

(6)元件在整個板面上應分佈均勻,不要這一塊區域密,另一塊區域疏鬆,提高產品的可靠性。

按照信號走向佈局原則

(1)放置固定元件之後,按照信號的流向逐個安排各個功能電路單元的位置,以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它進行局部佈局。

(2)元件的佈局應便於信號流通,使信號儘可能保持一致的方向。在多數情況下,信號的流向安排為從左到右或從上到下,與輸入、輸出端直接相連的元件應當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。

防止電磁干擾

PCB板布局约束原则,缺一不可

圖 9-2 電感與電感垂直 90°進行佈局

(1)對於輻射電磁場較強的元件及對電磁感應較靈敏的元件,應加大它們相互之間的距離,或考慮添加屏蔽罩加以屏蔽。

(2)儘量避免高、低電壓元件相互混雜及強、弱信號的元件交錯在一起。

(3)對於會產生磁場的元件,如變壓器、揚聲器、電感等,佈局時應注意減少磁力線對印製導線的切割,相鄰元件磁場方向應相互垂直,減少彼此之間的耦合。圖 9-2 所示為電感與電感垂直 90°進行佈局。

(4)對干擾源或易受干擾的模塊進行屏蔽,屏蔽罩應有良好的接地。屏蔽罩的規劃如圖 9-3 所示。

抑制熱干擾

(1)對於發熱元件,應優先安排在利於散熱的位置,必要時可以單獨設置散熱器或小風扇,以降低溫度,減小對鄰近元件的影響,如圖 9-4 所示。

(2)一些功耗大的集成塊、大功率管、電阻等,要佈置在容易散熱的地方,並與其他元件隔開一定距離。

PCB板布局约束原则,缺一不可

圖 9-3 屏蔽罩的規劃

PCB板布局约束原则,缺一不可

圖 9-4 佈局的散熱考慮

(3)熱敏元件應緊貼被測元件並遠離高溫區域,以免受到其他發熱功當量元件的影響,引起誤動作。

(4)雙面放置元件時,底層一般不放置發熱元件。

可調元件佈局原則

對於電位器、可變電容器、可調電感線圈、微動開關等可調元件的佈局,應考慮整機的結構要求:若是機外調節,其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應;若是機內調節,則應放置在 PCB 上便於調節的地方。


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