PCB布局規(guī)則

PCB元器件的布局

在PCB的排版設計中，元器件布設是至關重要的，它決定了板面的整齊美觀程度和印制導線的長短與數(shù)量，對整機的可靠性也有一定的影響。PCB元器件布局應該遵循的幾條原則是：

1. 元器件在整個板面上分布均勻、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的邊緣至少應該大于3mm。電子儀器內的PCB四周，一般每邊都留有5耀10mm空間。
3. 一般，元器件應該布設在PCB的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨占用一個焊盤。



4. 元器件的布設不能上下交叉。相鄰的兩個元器件之間，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，則應當保持安全距離。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，應該使體積較大的元件的軸線方向在整機中處于豎立狀態(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該稍大于元件體的軸向尺寸。引線不要齊根彎折，彎腳時應該留出一定距離（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，在設計PCB時應該靈活掌握原則，可以采用其中一式，也可以同時使用兩種方式。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，有利于印制導線的布設。

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品，例如半導體收音機、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，整機的機械強度變差，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械穩(wěn)定性好、板面排列整齊等優(yōu)點。臥式固定使元器件的跨距加大，容易從兩個焊點之間走線，這對于布設印制導線十分有利。

PCB元器件的排列格式

元器件應當均勻、整齊、緊湊地排列在印制電路板上，盡量減少和縮短各個單元電路之間和每個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上可以單獨采用，也可能同時出現(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，使印制導線布設方便，并且可以縮短、減少元器件的連線，大大降低了板面印制導線的總長度。這對于減少線路板的分布參數(shù)、抑制干擾很有好處，特別對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，一般電子產品中的元器件都應當盡可能平行或垂直地排列，臥式安裝固定元器件的時候，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、調試，易于生產和維護。規(guī)則排列的方式特別適用于板面相對寬松、元器件種類相對較少而數(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上導線的布設可能復雜一些，導線的總長度也會相應增加。

PCB元器件焊盤的定位

元器件的每個引出線都要在PCB上占據(jù)一個焊盤，焊盤的位置隨元器件的尺寸及其固定方式而改變。對于立式固定和不規(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；對于規(guī)則排列的板面，要求每個焊盤的位置及彼此間的距離應該遵守一定標準。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，一般距離應在2.5mm以上，至少應該大于板的厚度。

焊盤的位置一般要求落在標準坐標網格的交點上。

在國際電工委員會（IEC）標準中，標準坐標網格的基本格距為2.54mm（國內的標準是2.5mm），輔助格距為1.27mm或0.635mil（1.25mm或0.625mil）。這一格距標準只在計算機自動設計、自動化打孔、元器件自動化裝焊中才有實際意義。對于一般人工鉆孔，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格約束。但在布局設計中，焊盤位置應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。當然，所謂整齊一致也是相對而言的，特殊情況要因地制宜。

PCB布局因素

信號流走向因素

對整機電路的布局原則是：把整個電路按照功能劃分成若干個電路單元，按照電信號的流向，逐個依次安排各個功能電路單元在板上的位置，使布局便于信號流通，并使信號流盡可能保持一致的方向。在多數(shù)情況下，信號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當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。例如：一般是以三極管或集成電路等半導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，調整它們的方向及位置。

特殊元器件位置因素

電子整機產品的干擾問題比較復雜，它可能由電、磁、熱、機械等多種因素引起。所以在著手設計PCB的版面、決定整機電路布局的時候，應該分析電路原理，首先確定特殊元器件的位置，然后再安排其他元器件，盡量避免可能產生干擾的因素，并采取措施，使PCB上可能產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、機械強度等幾方面對整機性能產生影響或根據(jù)操作要求而固定位置的元器件。

電磁干擾預防因素

電磁干擾是在整機工作中經常發(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?shù)龋伎梢砸鸶蓴_。這些干擾因素，如果在布局設計中事先予以重視，則完全可以避免。相反，如果在設計中考慮不周，便會出現(xiàn)干擾，使設計失敗。這里，就PCB設計方案可能造成的幾種電磁干擾及其抑制方法進行討論。

相互可能產生影響或干擾的元器件，應當盡量分開或采取屏蔽措施。要設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（如果需要對高頻部分使用金屬屏蔽罩時，還應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。強電部分（220V）和弱電部分（直流電源供電）、輸入級和輸出級的元件應當盡量分割開。直流電源引線較長時，要增加濾波元件，防止50Hz干擾。

由于某些元器件或導線之間可能有較高電位差，應該加大它們的距離，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，設計電路板時就必須考慮它們的距離，否則在電路工作時，二者相碰就會造成電源短路事故。

熱干擾抑制因素

溫度升高造成的干擾，在PCB設計中也應該引起注意。例如，晶體管是一種溫度敏感器件，特別是鍺材料的半導體器件，更容易受環(huán)境溫度的影響而使其工作點漂移，造成整個電路的電氣性能發(fā)生變化。在布局設計PCB的時候，應該首先分析、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）應當布置在靠近外殼或通風較好的地方，以便利用機殼上開鑿的通風孔散熱。盡量不要把幾個發(fā)熱元器件放在一起，并且要考慮使用散熱器或小風扇等裝置，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殼上，利用金屬外殼傳導散熱；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，還應該同其他元器件保持一定距離，避免發(fā)熱元器件對周圍元器件產生熱傳導或熱輻射。

對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備內的上部。電路長期工作引起溫度升高，會影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。

機械強度因素

要注意整個電路板的重心平衡與穩(wěn)定。對于那些又大又重、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。應當把它們固定在機箱底板上，使整機的重心靠下，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，往往可能使PCB彎曲變形，導致其他元器件受到機械損傷，還會引起對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，應當采用支架或卡子等輔助固定措施。

當印制電路板的板面尺寸大于200mm×150mm時，考慮到電路板所承受重力和振動產生的機械應力，應該采用機械邊框對它加固，以免變形。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

對于電位器、可變電容器或可調電感線圈等調節(jié)元件的布局，要考慮整機結構的安排。如果是機外調節(jié)，其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應，如果是機內調節(jié)，則應放在PCB上能夠方便地調節(jié)的地方。

為了保證調試、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），盡量布置在操作時人手不易觸及的地方。

PCB布局總結

印制電路設計的主要內容是布局設計。把電子元器件在一定的制板面積上合理地布局排版，是設計印制電路的第一步。布局設計，不單純是按照電路原理把元器件通過印制線條簡單地連接起來。為使整機能夠穩(wěn)定可靠地工作，要對元器件及其連接在PCB上進行合理的排版布局。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現(xiàn)，或使整機技術指標下降。有些布局設計雖然能夠達到原理的技術參數(shù)，但元器件的排列疏密不勻、雜亂無章，不僅影響美觀，也會給裝配和維修帶來不便。這樣的設計當然也不能算是合理的。這里將介紹布局的一般原則，力求使設計者掌握普通印制電路的設計知識，使布局設計盡量合理。

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