印制电路板布局影响和技巧

设计印制电路板不仅仅是简单地将各个器件之间用印制导线连起来就可以了，更重要的是要考虑电路的特点和要求，如高频电路对于低频电路的影响，各元器件之间是否会产生有害的干扰，以及热传递等方面的影响等。由于布局不正确带来的分布参数的影响也不可以忽略，所以在设计印制电路板时应当充分考虑元器件的摆放位置。元器件布局时主要应考虑减小设备内部各元器件骚扰的互相影响和配线的合理性，作为一般的原则，主要有：

1）产生骚扰的元器件和敏感元件要尽量分开。

2）低电平级和高电平级的元器件，低功率级和高功率级的元器件，应按输入和输出方向顺序排列，避免将高电平、高功率的信号耦合至低电平、低功率的器件，造成反馈骚扰。

3）尽量减小元器件之间的电容耦合、电感耦合：引线要短，避免长距离平行走线；产生变化磁通的元器件要尽量避免对其他元器件和回路产生骚扰。例如，两个线圈的轴向不应平行，应垂直。两个线圈必须平行安装时，要尽量拉开距离，以减小两线圈之间的互感耦合。

4）非辐射元器件或同一级中的元器件，应尽量靠近，以减小公共地阻抗耦合，使用较大的地平面以减小地线阻抗。

5）尽量减小电流回路的面积，即减小辐射回路面积或接收回路面积。

6）留一定的空间以便对一些器件采取屏蔽措施，如继电器、线圈等产生辐射骚扰的器件，高频头等敏感元件。

7）输入/输出驱动器件、功率放大器件、发热器件要尽量要分布在印制电路板外缘，靠近引出接插件，且周围要留有足够的散热面积。

8）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

9）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电导致意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

10）重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

11）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

12）应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。

13）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

14）以每个功能电路的核心元器件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在印制电路板上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

15）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列，这样不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。

16）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3∶2或4∶3。当电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板的机械强度。

下面着重对元器件的分组、有连接器的布局、电感元件布局、强骚扰源与敏感电路的布局，以及元器件的排列方式等几个问题展开说明。

1.元器件的分组

分组的目的是按组对印制电路板空间进行分割，将同组元器件摆放在一起，以便于在空间上保证各组的元器件不至于产生组件的相互干扰。分组的种类包括按高速、低速分类，按大电流、小电流分类，按模拟电路、数字电路分类，也可以按照使用的电源电压分类。一般比较好的方法是按所用的电源电压等级的不同来分组（图5-8）。如果使用同种电压的元器件仍有数字、模拟器件之分，则可再进行分组。按电压、数字及模拟电路分组后可进一步按照速度快慢、电流大小进行分组。

图5-8 按电源电压等级布局

图5-9所示为按电路的速度进行布局的示意图。由于单元电路工作频率越高，速度越快，信号的频谱分量也就越丰富，高频分量比例越大，所以对外干扰越强。可根据单元电路的工作频率分为高速电路（如微处理器）、中速电路（如显示电路）、低速电路（如接口电路）和模拟电路（如模拟信号放大器）。

在元器件布局的过程中，应注意不能将电源电压等级不同的元器件交叉重叠，因为这样会造成重叠部分的相互串扰，如图5-10所示。

图5-9 按电路的速度进行布局

图5-10 不同电源电压区域重叠与不重叠

a）不合理 b）合理

2.有插接器的布局

插接器最好放在印制电路板的一侧，这样做的目的是减小干扰。图5-11和图5-12给出了两种布局方法。(www.xing528.com)

图5-11 可减少插件串扰的公共阻抗和辐射干扰布局

图5-12 有模拟电路时的建议布局

当高速数字集成芯片与插接器之间没有直接的信号交换时，高速数字集成芯片应安排在远离插接器处。在图5-13a中，驱动器被安排得离插接器过远，而高速数字集成芯片被安排得离插接器太近，因此高速数字信号有可能通过电场耦合或磁场耦合对输入输出环路产生差模干扰，并通过电缆向外辐射。如果高速数字集成芯片放在两个插接器之间，如图5-13b所示，则高速数字信号耦合到电缆上去的可能性更大。

输入输出（I/O）驱动器应该紧靠插接器，I/O信号从插接器引入后应马上进入I/O驱动器，不要在印制板上传输过长的距离，以免与干扰信号相耦合。图5-13c所示为图5-13a的改进，图中I/O驱动器被移到插接器处，高速数字集成芯片移至远离插接器处。

3.电感元件布局

电感元件是滤波电感、振荡线圈的基本组成部分，也是变压器、扼流线圈、继电器等器件的重要构成部分。当电感元件上通过电流，就会产生磁通，而磁通变化会在邻近元件之间及回路中感应出电流，造成干扰，因此对电感元件布局应当特别注意。

（1）滤波器 图5-14a所示是一个低通滤波器，它有三个电感器和两个电容器。为了减小电感的耦合与干扰，应使三个电感器互相垂直放置。可以按图5-14b进行布局，L₁安装在一个平面上，L₂和L₃安装在另一个垂直平面上。也可以按图5-14c和d进行布局，图5-14c布局是将L₁和L₂安装在一个平面上，将L₃安装在另一个垂直平面。图5-14d布局是一个折中的方案，将3个电感安装在1个平面上，3个电感互成120°夹角，该布局可以使电感间的相互作用比轴向平行布局小得多。

图5-13 高速器件

图5-14 低通滤波器及几种可能的电感元件布局

a）低通滤波器 b）布局之一 c）布局之二 d）布局之三

另外，在高频时元器件的引线电感不容忽视。所以要尽量减小引线长度，引脚应当尽量短，同时避免长距离走线。两个耦合线圈必须并行安装时，要尽量拉开距离以减小两线圈之间的互感耦合作用。对于线圈，除了要考虑它们之间的互感作用外，还应当考虑它们之间的电容耦合作用，因此要拉开一定的距离。

（2）变压器 变压器绕组轴线要避免与底板平行，最好垂直放置。这时，变压器与底板之间的寄生耦合阻抗最小，如图5-15所示。

图5-15 变压器不同放置时产生的寄生耦合比较示意图

a）正确 b）不正确

对电源来讲，其变压器应该和电源的其他部分一起单独装在一块底板上，这样有利于减小较小电源对其他电路的干扰。

对于输入、输出变压器，电源变压器及扼流线圈等应当在位置上垂直，以减弱相互之间的耦合。

4.强骚扰源与敏感电路的布局

布局的基本原则是空间远离，另外还可以对强骚扰源进行屏蔽。例如，开关电源中的大功率开关管、高频变压器、晶闸管等都属于强骚扰源，而电路滤波器、低电平放大器及控制电路都是弱信号部分，故在设计时两者应尽量远离。

当在一块印制板上同时安放有电源电路、振荡电路和放大电路时，不仅需要考虑电源等较强电路和放大电路的布局，还要仔细考虑各个放大电路级与级之间的干扰影响，以及振荡电路对放大器的影响。

5.元器件的排列方式

元器件在印制板上排列方式主要有两种：立式和卧式。

立式排列也称作不规则排列。这种排列方式适用于30MHz以上的高频电路。其优点是：元器件所占面积小，可进行高密度组装，并且由于减小了印制导线和元器件的连接长度，从而减小了电路的分布参数。缺点是：元器件密度大，散热条件差，抗震性差，由于元器件排列比较密，因此有一定的走线困难，并且从外观上看有些杂乱，也不便于机械化和自动化装配。

卧式排列也称为坐标排列。这种排列适用于30MHz以下的低频电路。其优点是：元器件跨度大，易于走线设计，抗震性好，散热性好，元器件排列整齐美观，便于机械化打孔和装配。其缺点是：设计同样电路，所需基板面积较大，并且走线较长，对电路分布参数影响较大。

一般来说，无论是立式还是卧式，各级电路的安放顺序最好是按照电路原理图的前后连接顺序排成近直线走向，因为这样可以使输入输出端远离，避免输出放大了的信号反馈到输入端而形成再次放大，造成自激；而且各级按顺序排列便于维修时能方便、快速地找出相应的元器件，给维修带来方便。