优化设计浅谈

　　3.5 元器件布局设计
　　元器件的布局是按照原理图的要求和元器件的封装，将元器件整齐、美观的排列在PCB上，满足工艺性、检测、维修等方面的要求，并符合电路功能和性能要求。进行元器件布局设计时要做到工艺流程最少，工艺性最佳。元器件布局设计的基本原则如下：
　　（1） 元器件的排布均匀，尽可能做到同类元器件按相同的方向排列，相同功能的模块集中在一起布置；相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。
　　（2） 元器件布局遵照“先难后易，先大后小”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局，其他元器件围绕它来进行布局。
　　（3） 有相互连线的元器件应靠近排列，以保证走线距离最短，有利于提高布线密度。
　　（4） 缩短高频元器件之间的连线，减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件应隔离或屏蔽。
　　（5） 对于热敏感元器件（除温度检测元件），布线时应远离发热量大的元器件。发热元件一般应均匀分布，排布在通风、散热良好的位置，以利于单板和整机的散热。
　　（6） 强信号和弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开；模拟信号和数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。
　　（7） 热容量大的元器件排布不宜过于集中，以免局部温度低造成焊接不良。
　　（8） 对于电位器、可调电感等可调元器件的布局应考虑整机的结构要求。若在机内调节，应放在PCB上方便于调节的地方；若在机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
　　（9） 元器件的排列要便于调试和维修，QFP、BGA、PLCC等器件周围要留有一定的维修空间。
　　（10） 高大、贵重元器件不要放在PCB边缘或靠近插件、贴装孔、槽、V-CUT等高应力集中区，减少开裂或裂纹。
　　（11） 要考虑插座、接头等元器件之间是否干涉，与结构设计是否矛盾。
　　（12） 同类型的插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同类型的有极性插装元器件尽量在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验，同一块板最多允许2个方向。
　　（13） 焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容器件的长轴方向要与波峰焊传输方向垂直，阻排及SOP（脚间距≥1.27mm）元器件长轴方向与波峰焊传输方向平行，间距<1.27mm的SOP、PLCC、QFP等元器件避免用波峰焊焊接，BGA、CSP、QFN等元器件严禁采用波峰焊接。如下页图3.4a所示。
　　QFP器件应按照45度方向排布，并增加盗锡焊盘。SOP等器件也应该增加脱锡焊盘。如下页图3.4b示。较小元器件不应排在大元件后，以免较大元器件遮挡锡流与较小元器件焊盘接触，造成漏焊。
　　（14） 回流焊接和波峰焊接工艺对元器件布局限制。不同的SMT组装工艺，对元器件布局有不同的要求，例如0402封装的元器件可以回流焊接但不适合波峰焊接。具体请参考下表3-5。
　　3.6 PCB布线设计
　　布线是按照原理图和导线表布设PCB导线，布线的一般原则如下：
　　（1） 布线优先次序
　　密度优先原则：从PCB上连接关系最复杂的器件着手布线，从PCB上连线最密集的区域开始布线。
　　核心优先原则：例如DDR、RAM等核心部分应优先布线，类似信号传输线应提供专层、电源、地回路。其他次要信号要顾全整体，不可以和关键信号想抵触。
　　关键信号线优先原则：电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。
　　布线层数选择原则：在满足使用要求的前提下，选择布线的顺序优先为单层布线，其次为双层布线，最后是多层布线。
　　（2） 尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。
　　（3） 电源层和地层之间的EMC环境较差，应避免布置对干扰敏感的信号。
　　（4） 有阻抗控制要求的网络应布置在阻抗控制层上，相同阻抗的差分网络应采用相同的线宽和线间距。对于时钟线和高频信号线要根据其特性阻抗要求考虑线宽，做到阻抗匹配。
　　（5） 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。
　　（6） 数字地、模拟地要分开，对低频电路，地应尽量采用单点并联接地；高频电路宜采用多点串联接地。对于数字电路，地线应闭合成环路，以提高抗噪声能力。
　　（7） 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。
　　（8） 走线拐弯处一般取圆弧形，避免直角或夹角，否则在高频电路中会影响电气性能。如图3.6所示。
　　（9） 导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。
　　（10） 双面板上的公共电源线和地线尽量放置在靠近板的边缘，并且分布在板的两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，通过金属化孔与各层的电源线和地线连接。
　　（11） 焊盘与较大面积的导电区相连时，应采用长度不小于0.5mm的细导线进行热隔离，细导线宽度不小于0.13mm。
　　（12） 相邻层信号线为正交方向，以减少耦合，切忌相邻层走线对齐或平行。