电子产品世界

在通过原理图正式确定电路的功能、选择所使用的元件、设备和技术之后，下一步是创建功能性的 PCB 布局。这一步的目标是将所有元件放置在 PCB 上，并建立所有必要的连接，确保板子的尺寸最小化，并满足特定应用目标，例如最小化损耗或最大化信号完整性。然而，这个过程可能很复杂，并不仅仅是绘制电子元件之间的连接。本文涵盖了在产品生命周期中这一关键阶段需要牢记的重要最佳实践方法。

利用子电路进行最佳元件布局

PCB 设计中的子电路识别显著影响器件布局和布线策略。通过将电路中的特定功能模块隔离，设计人员可以策略性地定位组件，以确保 PCB 空间的充分利用和短信号路径，从而减少串扰和信号衰减的可能性。这个过程直接影响器件布局，敏感的低电压区域应策略性地远离高压部分，以防止信号损坏并确保安全可靠的运行。

对于包含数字 IC 的设计，工程师还必须考虑去耦电容和过孔所需的空间，以确保在短暂的需求峰值期间提供可靠的电源。在去耦电容和电源引脚之间增加过孔可以帮助通过利用平面电容来增加电容。

该图说明了左侧的走线在合并到 IC 引脚时变细的情况。该图还描绘了如何在去耦电容和电源引脚之间放置过孔。

热管理也会影响单个组件或整个子电路的布局。对热敏感的组件会表现出不同的特性，应远离产生热的部件，特别是如果 PCB 用作散热器。设计者应考虑外部散热器所需的间距和空间要求。

布线：不仅仅是放置导线

导线需要在 PCB 上占用大量空间，各种制造约束以及导电材料的物理和电气特性会影响布线。当正确进行时，PCB 设计工程师可以确保可靠运行，同时最大限度地减少所需的板空间。

工程师应尽量缩短走线长度，即使在不要求精确阻抗或信号路径匹配的非关键设计中也是如此。信号传输距离越远，衰减越严重。较长的走线表现出更高的电阻，导致信号衰减和减弱——进而使电路更容易受到噪声的影响。类似地，较长的走线更有可能引入电磁干扰和信号衰减。它们可以作为天线，拾取或辐射 EMI，影响附近的敏感元件。

导线宽度也会影响电路的阻抗和抗电磁干扰能力。由于较宽的导线更容易受到干扰，工程师应尽可能减小导线宽度。然而，他们必须确保导线满足电流要求，尤其是在传输电源时。在射频和高频应用中，导线应逐渐变细至焊盘处，以保持信号完整性并帮助最小化信号反射。信号传输导线不应在长距离内平行运行，以减少导线间的信号串扰。同样，导线间距过窄会增加串扰，因此工程师应确保导线间距至少为介电厚度的三倍。

将信号线分开布线而不是并行布线可以防止敏感信号之间的串扰。

最后，过孔应始终成对放置，设计人员应始终将接地过孔尽可能靠近信号和电源过孔，以改善过孔电感并增强电流返回路径——从而最小化信号失真和串扰。

对多层 PCB 进行层堆叠优化

同一层的走线并非孤立存在，如果未仔细布线，它们会受到其他层走线和焊盘的影响。实心参考平面和电源平面会影响 PCB 上其他走线的电容和信号完整性。工程师应确保信号和电源走线位于实心参考平面上。通常参考电平为 0V，但在某些情况下也可以是另一个合适的电源平面。参考平面不应有明显的缝隙。如果有，信号走线不应跨越这些缝隙，以避免在敏感应用中产生关键的 EMI 问题。

靠近走线的过孔可以防止受影响的走线跨越下方的整块铜层。

在放置过孔时，例如，当过孔未连接到参考平面时，可能会在平面上产生间隙。当放置得太靠近信号迹线时，过孔会在参考平面上产生间隙，并使信号迹线暴露在外。

摘要

创建功能性的 PCB 布局涉及战略性的元件布局和高效连接布线，以满足特定应用目标。子电路识别起着关键作用，允许设计者优化空间利用率，最小化信号衰减，并防止串扰。热管理考虑因素也影响元件布局，特别是对于热敏感元件。去耦电容器和过孔对于可靠的电源至关重要，在具有数字 IC 的设计中必须仔细注意它们的布局。

高效的走线设计至关重要，需要考虑制造约束和导电材料的特性。工程师应尽量缩短走线长度以减少信号衰减和电磁干扰。走线宽度会影响阻抗和抗噪声能力，需要在宽度和电流需求之间取得平衡。仔细考虑过孔，特别是它们的配对和与信号走线的距离，对于减少信号失真和串扰至关重要。

多层 PCB 布线涉及层间交互，实心参考平面会影响电容和信号完整性。确保信号和电源走线位于实心参考平面上方至关重要，避免间隙以防止 EMI 问题。如果过孔放置不当，可能会在参考平面上形成间隙。地平面和电源平面，以及去耦电容，在短电流尖峰期间有效缓解上电不稳问题。

关键词： PCB 电路设计