PCB設(shè)計(jì)中的布局，是指PCB上電子元件及配件的排列方式。對(duì)PCB上元器件合理規(guī)劃安放是布線的基礎(chǔ)，原件布局不僅會(huì)影響PCB板上連接線的布通率，而且影響到PCB的電磁兼容性及整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。良好的電磁兼容設(shè)計(jì)依賴PCB設(shè)計(jì)工程師對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理、布線規(guī)則、電磁兼容控制技術(shù)的深刻理解。

在PCB設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)復(fù)雜的工作，目前雖然有不少優(yōu)秀的EDA軟件，也出現(xiàn)了將布局布線工具同用于虛擬原型的高級(jí)仿真工具集成起來的工具，但是元器件布局的自動(dòng)化程度仍然較低，人工干預(yù)的程度較高。

PCB中元器件的布局應(yīng)從兩個(gè)層面上考慮，一個(gè)是平面的，即通常在PCB設(shè)計(jì)中提到的PCB布局；另外一個(gè)是立體的元器件布局，既要考慮到元件的大小、所占空間，又要考慮到元器件的密度。常用的布局布線工具總是假設(shè)板上有足夠的空間，讓元件拾放機(jī)來拾放表面安裝元件，而不會(huì)對(duì)板上已有元件產(chǎn)生影響，但是元件順序放置會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問題，即每當(dāng)放置一個(gè)新元件后，板上每個(gè)元件的最佳位置都會(huì)發(fā)生改變，元件密度的不斷增加也對(duì)布局設(shè)計(jì)產(chǎn)生了某些影響，如PCB與其他部件的結(jié)合，PCB與機(jī)殼的空間關(guān)系、產(chǎn)品的可制造性等。特別是在商業(yè)中的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的外觀直接影響到廠家的利潤，優(yōu)美的外觀成了現(xiàn)在商場(chǎng)決戰(zhàn)的法寶，因此，PCB設(shè)計(jì)的難度越來越高，例如手機(jī)的設(shè)計(jì)，美觀小型化、性能優(yōu)良是廠家及消費(fèi)者一致追求的。在這類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了大量的異形和定形板，這就要充分考慮到元器件的立體的布局。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中總是先進(jìn)行元器件的空間布局，其次進(jìn)行二維的布局，再進(jìn)行布線，在PCB電磁兼容設(shè)計(jì)中二維的布局布線將是下面要討論的重點(diǎn)。

電路板系統(tǒng)的布線包括：芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在PCB設(shè)計(jì)中，互連點(diǎn)處的電磁特性是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題之一，涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等。

1．高頻數(shù)字電路PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)中的布局與布線

高頻數(shù)字電路PCB布線規(guī)則如下。

①高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線。

②主要信號(hào)線最好集中在PCB板中心。

③時(shí)鐘發(fā)生電路應(yīng)在板中心附近，時(shí)鐘扇出應(yīng)采用菊鏈?zhǔn)交虿⒙?lián)布線。

④電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開，電路的布局必須減小電流回路，電源的分布必須是低感應(yīng)的(多路設(shè)計(jì))。

⑤輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。

PCB導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為0．05 mm、寬度為1～1．5 mm時(shí)，通過2 A的電流，溫度不會(huì)高于3℃。因此，導(dǎo)線寬度為1．5mm可滿足要求。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0．02～0．3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8mm。

⑥印刷線路板的布線要注意以下問題：

- 用零伏線，電源線的走線寬度大于等于l rain；

- 源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達(dá)到均衡；

- 為模擬電路專門提供一根零伏線；為減少線間串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線條間距離，注意安插一些零伏線作為線間隔離；

- 刷電路的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離；特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸；如有可能在控制線(于印刷板上)的入口處加接R-C去耦，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素；

- 刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角(≥90。)，傳輸線拐角要采用45。角，以降低回?fù)p。

⑦突出引線存在抽頭電感，要避免使用有引線的組件。高頻環(huán)境下，最好使用表面安裝組件。

在確定特殊元件的位置除遵循常規(guī)原則外，在電磁兼容性設(shè)計(jì)中還要遵循以下原則：

- 可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件距離不能太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。

- 些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，避免放電引出意外短路。

根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：

- 照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。

- 每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上．盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

- 高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

目前，印刷電路板設(shè)計(jì)的頻率越來越高。隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長，數(shù)據(jù)傳送所要求的帶寬也促使信號(hào)頻率上限達(dá)到1 GHz，甚至更高。這種高頻信號(hào)技術(shù)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毫米波技術(shù)范圍(30GHz)，但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。

高速PCB的設(shè)計(jì)方法必須能夠處理在較高頻段處產(chǎn)生的較強(qiáng)電磁場(chǎng)效應(yīng)。這些電磁場(chǎng)能在相鄰信號(hào)線或PCB線上感生信號(hào)，導(dǎo)致令人討厭的串?dāng)_(干擾及總噪聲)，并且會(huì)損害系統(tǒng)性能。回?fù)p主要是由阻抗不匹配造成。

高回?fù)p有兩種負(fù)面效應(yīng)：一是信號(hào)反射回信號(hào)源會(huì)增加系統(tǒng)噪聲，使接收機(jī)更加難以將噪聲和信號(hào)區(qū)分開來；二是任何反射信號(hào)基本上都會(huì)使信號(hào)質(zhì)量降低，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的形狀出現(xiàn)了變化。

盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理l和0信號(hào)并具有非常好的容錯(cuò)性，但是高速脈沖上升時(shí)產(chǎn)生的諧波會(huì)導(dǎo)致頻率越高和信號(hào)越弱。盡管前向糾錯(cuò)技術(shù)可以消除一些負(fù)面效應(yīng)，但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個(gè)較好的解決方案是讓RF效應(yīng)有助于而非有損于信號(hào)的完整性。

2．混合信號(hào)電路PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)中的布局與布線

混合信號(hào)電路PCB是指PCB中含有模擬電路和數(shù)字電路的PCB，混合信號(hào)電路PCB的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，元器件的布局、布線以及電源和地線的處理將直接影響到電路性能和電磁兼容性能。

(1)混合信號(hào)電路PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)中的布線原則

①遵守常規(guī)的布線規(guī)則。

②在電路板的所有層中，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線。在電路板的所有層中，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線。

③實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割。布線不能跨越分割電源之間的間隙。必須跨越分割電源之間間隙的信號(hào)線要位于緊鄰大面積地的布線層上。分析返回地電流實(shí)際流過的路徑和方式。

(2)混合信號(hào)電路PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)中的布局原則

①將PCB分區(qū)為獨(dú)立的合理的模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)。

②遵循常規(guī)的元器件布局原則。

③A／D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置。

④電源和地線單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn)，不要對(duì)地進(jìn)行分割，在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。

關(guān)于混合信號(hào)電路PCB設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一地的討論是有爭議的。在混合信號(hào)電路PCB設(shè)計(jì)中采用統(tǒng)一地，通過數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)以及合適的信號(hào)布線，通常可以解決一些比較困難的布局布線問題，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生因地分割帶來的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區(qū)就成為決定設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。如果布局布線合理，數(shù)字地電流將限制在電路板的數(shù)字部分，不會(huì)干擾模擬信號(hào)。對(duì)于這樣的布線必須仔細(xì)地檢查和核對(duì)，要保證絕對(duì)遵守布線規(guī)則。否則，一條信號(hào)線走線不當(dāng)就會(huì)徹底破壞這個(gè)電路板的電磁兼容性。如果混合信號(hào)電路PCB設(shè)計(jì)中采用地線層分割的方法對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行布局布線，在設(shè)計(jì)時(shí)注意盡量使電路板在后邊實(shí)驗(yàn)時(shí)易于用間距小于l／2 in的跳線或零歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區(qū)和布線，確保在所有的層上沒有數(shù)字信號(hào)線位于模擬部分之上，也沒有任何模擬信號(hào)線位于數(shù)字部分之上。而且，任何信號(hào)線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。要測(cè)試該電路板的功能和EMC性能，然后將兩個(gè)地通過零歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測(cè)試該電路板的功能和EMC性能。比較測(cè)試結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎在所有的情況下，統(tǒng)一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更優(yōu)越。

PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和成本更低，但是高速信號(hào)有時(shí)會(huì)限制PCB設(shè)計(jì)的小型化。目前，解決串?dāng)_問題的主要方法是進(jìn)行接地層管理，在布線之間進(jìn)行間隔和降低引線電感。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對(duì)絕緣材料的有效管理以及對(duì)有源信號(hào)線和地線進(jìn)行隔離，尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號(hào)線和地之間更要進(jìn)行間隔。

由于互連點(diǎn)是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié)，互連點(diǎn)處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題，要考察每個(gè)互連點(diǎn)并解決存在的問題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部裝置之間信號(hào)輸入／輸出等三類互連。