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摘要：PCB设计水平直接决定了电子成品的最终质量，因此应当高度重视设计工作中的注意事项。本文重点分析了PCB设计中元器件布局与布线方面的设计技术要点，以期对实际PCB设计工作具备一定的指导作用。
关键词：PCB;PCB设计;元器件布局
PCB，即印制电路板，是承载电子元器件、实现电子元件与器件连接的重要载体，PCB的设计水平是影响电子成品质量的决定性因素。因此，在进行PCB设计时，应当熟练掌握PCB在设计环节的技术重点与难点，优化PCB的设计方法与技巧，从而有效提升PCB的设计与制作水平。
一、元器件布局
元器件布局就是指将所需的电子元件与器件合理的布置于PCB的布线区域之中的过程。元器件布局是否科学合理，不仅会直接影响到后续布线环节，还会影响到整个PCB的综合性能。因此进行元器件布局时，应当在保证PCB性能的基础上，尽量将电子元器件整齐、紧凑地布置在PCB的布线区域，从而实现缩减电子元器件之间不必要的连接的目的。
1.1保证PCB的性能
1）保证信号传输通畅
应参照电路设计流程，合理布置各功能單元，使整体电路布局更加利于信号的传输，保证输入与输出信号、高电平与低电平之间尽量不形成交叉，从而尽可能地缩短信号传输路径。
2）防止干扰
在布置电子元器件时，应当根据电子元器件的电压大小、电路类型、传输速度大小、电流强弱等参数将其分为不同的部分，以免出现电磁干扰。若PCB上存在数字、模拟这两类电路时，应当将这两类电路的接地导线与电力供应系统进行完全隔离开来，如果条件允许的情况下，可以把这两类电路布置在不同的层之中。通过这样的操作，能够有效降低共阻抗耦合、辐射和交扰现象;时钟电路与高频电路是PCB中最常见的干扰源，因此应当将其布置与远离敏感电路的位置。
3）注意散热
发热性强的元器件应当均匀、整齐地布置于PCB上，使其能够充分散热，除了具有温度监测功能的元器件之外，所有的热敏性元器件应当布置于远离发热性强的元器件的位置。
1.2保证PCB的工艺性
1）简化贴装流程
在进行元器件的贴装操作时，应将尽量将元器件布置于同一面，以简化整个贴装流程。
2）确定元器件间距离
元器件之间能够达到的最小距离由元器件自身尺寸与性能特点所决定，通常来说，最小距离应当超过0.2mm—0.3mm，元器件与PCB边缘的最小距离应当超过2mm。
3）保证朝向一致
元器件的朝向和紧凑程度与空气对流情况直接相关。因此在进行安装时，应当保证元器件在朝向上保持一致，从而加强空气对流效果。
二、布线
不少设计者在进行PCB设计时，通常倾向于自动布线。对于纯数字电路的PCB而言，这样操作是可行的，是没有问题的。但如果PCB中存在多种电路类型时，仍然使用自动布线会造成不少问题，甚至影响到PCB的整体性能。所以，如果PCB中存在不同类型的电路应当使用手工布线的方式，应着重留意以下几方面问题：
2.1优化导线布置
1）适度增加宽度
PCB导线能够达到的最小宽度是由导线和基板之间的粘附性与通过这二者的电流强度所决定的。因此，在选择导线时，可选择宽度较大的导线，特别是电源出的导线和接地的导线，就算是PCB布线区域面积较为优先的情况下，最小宽度也应当超过1mm。而对于接地导线而言，如果存在局部位置无法加宽导线，也必须在其他可加宽的位置加宽导线，从而尽可能地减少电阻。若导线全长超过80mm，就算通过电流强度不高，也应当增加导线宽度，从而降低导线中电压降对电路性能产生的影响。
2）尽量缩短导线长度
进行PCB设计时，应当尽量缩短元器件间导线长度，从而降低干扰和串扰现象，并减少杂散电抗与辐射的产生。如果PCB中存在场效应管栅极、三极管的基极和高频回路，更应当尽量地缩短导线长度。
3）尽量加宽间距
进行PCB设计时，应当注意相邻导线的间距大小是否符合相关要求，从而尽量避免串扰和电压击穿的产生。为了方便后续制作环节，应当在条件允许的情况下，应可能地加宽相邻导线的间距。
4）保证路径宽度
在数字回路中数字信号从驱动器流至负载的过程中，其回路路径的宽度值应当为一个常数。增减这个宽度，会导致回路路径的各种阻抗发生变化，从而造成回路中阻抗不均衡的问题。所以，在条件允许的情况下，应当尽量保持该宽度值不变。在进行导线布置时，应当进步不要将导线拐角布置为直角或锐角，拐角度数应保证超过90°，如图1所示。若存在两条导线以锐角的形式相连时，应将锐角改为圆形。
2.2 控制孔径和焊盘尺寸
在进行PCB设计时，应当保证元器件各个安装孔的尺寸能够与其导线相适应，一般应当保证元器件安装孔的直径比元器件导线的直径大0.15—0.3mm之间。一般而言，数字电路封装的引脚和大部分小型元器件可采用0.8mm直径的安装孔，焊盘的直径则应当控制在2mm左右。而针对直径较大的焊盘，为提升其粘附性，应当控制好焊盘直径与安装孔直径的比值：环氧玻璃基板比值应当控制在2左右，苯酚纸基板应当控制在2.5～3这个范围内。
金属化孔（VIA）常用在多层级的PCB设计工作中，其能够达到的最小直径由基板厚度决定，一般金属化孔直径与基板厚度的比值应当为1：6。在高速信号通过时，金属化孔会产生1—4nH的电感与0.3—0.8pF的电容，所以在布置高速信号通道时，金属化孔应该尽量限制在最小值。而针对高速的并行线（地址、数据线），在PCB的层数无法增加的情况下，则应该保证各信号线金属化孔的数量一致，并且在条件允许的情况下，尽可能减少孔数。如果条件允许的情况下，可布置导线保护环或保护线，从而起到降低振荡产生、优化线路性能的效果。 2.3优化地线设计
如果PCB中地线设计不合理，会导致PCB内产生电流干扰，使得整个电路无法正常工作。一点接地的方式是降低地线电流干扰的有效途径。该方式是指将PCB中所有接地导线都同一连接到一个接地点，并以此接地点为PCB的零电位参考点。
一点接地可分为串联一点接地和并联一点接地两种形式，如图2所示。串联式连接方式更为简单，各电路共用一根地线，电路间的接地导线长度较短，因此其电阻值也较小，多用于电气机柜内部的接地处理;并联式各电路均存在一根接地导线，并且各个接地导线均与同一接地点相连，因此各个电路的地电位只受到该电路的接地阻抗的影响，与其他电路各参数无关。进行一点接地处理时，应当注意以下几个要点：
1）应当尽量控制走线长度，从而最小化导线内产生的电感。
2）若选择串联式，其公用地线应当尽可能安装于PCB的边缘处。应尽量选用铜箔接地线，可有效提升屏蔽能力。
3）在多层PCB中，可布置接地层，并将接地层设计为网状结构。该结构的各个网格之间的距离不宜过大，因为接地导线的一大重要功能便是为传输信号提供是回流路径，若各个网格间的距离太宽，会使得生成的信号环路面积过大，从而造成辐射和敏感性等现象。
三、PCB抗干扰设计
在PCB中产生电磁干扰的原因主要包括干扰源、传播途径、敏感器件这三个途径。因此，抗干扰设计就应当针对这三个途径进行优化与改善。下文就PCB抗干扰设计的常出现的三方面问题进行分析。
3.1 电源和地线
如果PCB中的电源导线与接地导线布置合理，可有效降低电磁干扰的产生;但若是布置不合理，则会形成系统环路，从而导致噪声的产生，如图3所示，便是在电源导线与接地导线布置上使用了不同路线造成的不合理问题：
对图3电路进行优化，如图4所示，使电源导线靠近接地导线，可有效降低电磁干扰的产生。
3.2去耦电容配置
在PCB干扰设计中，一种常用的方式是在PCB关键位置布置适配的去耦电容。其应当遵顼的操作原则为：
1）电源输入端应当跨接一个电容大小在10～100uf范围内的去耦电容。若条件允许，可接100uf以上的去耦电容。
2）PCB上每一个元器件应当并接一个电容大小在0.01μF～0.1μF范围的去耦电容，以降低元器件对电源的干扰。
3）RAM、ROM等元件抗干擾性较差，应在电源和接地导线之间布置一个去耦电容。
4）去耦电容的导线不宜过长，尤其是高频旁路电容不得布置导线。
3.3 切断干扰传播途径
PCB抗干扰设计中另一项有效措施则是切断电磁干扰的传播路径，常见的方式有以下几种：
1）优化电源设计，降低电源处噪音。PCB上多数元器件对于电源噪音较为敏感，可通过在电源处布置滤波电路或稳压器的方式，降低电源处噪音对于电路元器件的电磁波干扰。
2）若单片机上的I/O被用作控制电机等产生噪音的部件，则可用磁珠或100Ω的阻抗隔离I/O与噪音源。
3）优化晶体振荡器的布线。晶体振荡器应当尽可能地紧靠元器件的管脚，并通过接地导线隔离时钟区域;晶体振荡器的外壳应当可靠接地。
四、结语
综上，PCB设计关乎最终电子成本的性能与质量，因此进行高度重视PCB的设计环节，了解设计工作中常见的问题与技术要点，优化元器件布局与布线，从而提高成品的可靠性与稳定性。
参考文献
[1]林秀凤.PCB设计流程与经验分析[J].河南科技，2020，39（35）：59-61.
[2]杨纯璞.高速PCB优化方法研究[A].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会.第三十五届中国（天津）2021’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会：天津市电子学会，2021：4.
[3]楚义.PCB设计应注意的一些问题[J].电子质量，2003（6）：58-58.
[4]魏辉，董蕴华.PCB设计中需要注意的几个问题[J].河南机电高等专科学校学报，2004，012（004）：50-52.
[5]刘生建.浅谈PCB设计中容易忽略的两个问题[J].龙岩师专学报，2003.
关键词：PCB;PCB设计;元器件布局
PCB，即印制电路板，是承载电子元器件、实现电子元件与器件连接的重要载体，PCB的设计水平是影响电子成品质量的决定性因素。因此，在进行PCB设计时，应当熟练掌握PCB在设计环节的技术重点与难点，优化PCB的设计方法与技巧，从而有效提升PCB的设计与制作水平。
一、元器件布局
元器件布局就是指将所需的电子元件与器件合理的布置于PCB的布线区域之中的过程。元器件布局是否科学合理，不仅会直接影响到后续布线环节，还会影响到整个PCB的综合性能。因此进行元器件布局时，应当在保证PCB性能的基础上，尽量将电子元器件整齐、紧凑地布置在PCB的布线区域，从而实现缩减电子元器件之间不必要的连接的目的。
1.1保证PCB的性能
1）保证信号传输通畅
应参照电路设计流程，合理布置各功能單元，使整体电路布局更加利于信号的传输，保证输入与输出信号、高电平与低电平之间尽量不形成交叉，从而尽可能地缩短信号传输路径。
2）防止干扰
在布置电子元器件时，应当根据电子元器件的电压大小、电路类型、传输速度大小、电流强弱等参数将其分为不同的部分，以免出现电磁干扰。若PCB上存在数字、模拟这两类电路时，应当将这两类电路的接地导线与电力供应系统进行完全隔离开来，如果条件允许的情况下，可以把这两类电路布置在不同的层之中。通过这样的操作，能够有效降低共阻抗耦合、辐射和交扰现象;时钟电路与高频电路是PCB中最常见的干扰源，因此应当将其布置与远离敏感电路的位置。
3）注意散热
发热性强的元器件应当均匀、整齐地布置于PCB上，使其能够充分散热，除了具有温度监测功能的元器件之外，所有的热敏性元器件应当布置于远离发热性强的元器件的位置。
1.2保证PCB的工艺性
1）简化贴装流程
在进行元器件的贴装操作时，应将尽量将元器件布置于同一面，以简化整个贴装流程。
2）确定元器件间距离
元器件之间能够达到的最小距离由元器件自身尺寸与性能特点所决定，通常来说，最小距离应当超过0.2mm—0.3mm，元器件与PCB边缘的最小距离应当超过2mm。
3）保证朝向一致
元器件的朝向和紧凑程度与空气对流情况直接相关。因此在进行安装时，应当保证元器件在朝向上保持一致，从而加强空气对流效果。
二、布线
不少设计者在进行PCB设计时，通常倾向于自动布线。对于纯数字电路的PCB而言，这样操作是可行的，是没有问题的。但如果PCB中存在多种电路类型时，仍然使用自动布线会造成不少问题，甚至影响到PCB的整体性能。所以，如果PCB中存在不同类型的电路应当使用手工布线的方式，应着重留意以下几方面问题：
2.1优化导线布置
1）适度增加宽度
PCB导线能够达到的最小宽度是由导线和基板之间的粘附性与通过这二者的电流强度所决定的。因此，在选择导线时，可选择宽度较大的导线，特别是电源出的导线和接地的导线，就算是PCB布线区域面积较为优先的情况下，最小宽度也应当超过1mm。而对于接地导线而言，如果存在局部位置无法加宽导线，也必须在其他可加宽的位置加宽导线，从而尽可能地减少电阻。若导线全长超过80mm，就算通过电流强度不高，也应当增加导线宽度，从而降低导线中电压降对电路性能产生的影响。
2）尽量缩短导线长度
进行PCB设计时，应当尽量缩短元器件间导线长度，从而降低干扰和串扰现象，并减少杂散电抗与辐射的产生。如果PCB中存在场效应管栅极、三极管的基极和高频回路，更应当尽量地缩短导线长度。
3）尽量加宽间距
进行PCB设计时，应当注意相邻导线的间距大小是否符合相关要求，从而尽量避免串扰和电压击穿的产生。为了方便后续制作环节，应当在条件允许的情况下，应可能地加宽相邻导线的间距。
4）保证路径宽度
在数字回路中数字信号从驱动器流至负载的过程中，其回路路径的宽度值应当为一个常数。增减这个宽度，会导致回路路径的各种阻抗发生变化，从而造成回路中阻抗不均衡的问题。所以，在条件允许的情况下，应当尽量保持该宽度值不变。在进行导线布置时，应当进步不要将导线拐角布置为直角或锐角，拐角度数应保证超过90°，如图1所示。若存在两条导线以锐角的形式相连时，应将锐角改为圆形。
2.2 控制孔径和焊盘尺寸
在进行PCB设计时，应当保证元器件各个安装孔的尺寸能够与其导线相适应，一般应当保证元器件安装孔的直径比元器件导线的直径大0.15—0.3mm之间。一般而言，数字电路封装的引脚和大部分小型元器件可采用0.8mm直径的安装孔，焊盘的直径则应当控制在2mm左右。而针对直径较大的焊盘，为提升其粘附性，应当控制好焊盘直径与安装孔直径的比值：环氧玻璃基板比值应当控制在2左右，苯酚纸基板应当控制在2.5～3这个范围内。
金属化孔（VIA）常用在多层级的PCB设计工作中，其能够达到的最小直径由基板厚度决定，一般金属化孔直径与基板厚度的比值应当为1：6。在高速信号通过时，金属化孔会产生1—4nH的电感与0.3—0.8pF的电容，所以在布置高速信号通道时，金属化孔应该尽量限制在最小值。而针对高速的并行线（地址、数据线），在PCB的层数无法增加的情况下，则应该保证各信号线金属化孔的数量一致，并且在条件允许的情况下，尽可能减少孔数。如果条件允许的情况下，可布置导线保护环或保护线，从而起到降低振荡产生、优化线路性能的效果。 2.3优化地线设计
如果PCB中地线设计不合理，会导致PCB内产生电流干扰，使得整个电路无法正常工作。一点接地的方式是降低地线电流干扰的有效途径。该方式是指将PCB中所有接地导线都同一连接到一个接地点，并以此接地点为PCB的零电位参考点。
一点接地可分为串联一点接地和并联一点接地两种形式，如图2所示。串联式连接方式更为简单，各电路共用一根地线，电路间的接地导线长度较短，因此其电阻值也较小，多用于电气机柜内部的接地处理;并联式各电路均存在一根接地导线，并且各个接地导线均与同一接地点相连，因此各个电路的地电位只受到该电路的接地阻抗的影响，与其他电路各参数无关。进行一点接地处理时，应当注意以下几个要点：
1）应当尽量控制走线长度，从而最小化导线内产生的电感。
2）若选择串联式，其公用地线应当尽可能安装于PCB的边缘处。应尽量选用铜箔接地线，可有效提升屏蔽能力。
3）在多层PCB中，可布置接地层，并将接地层设计为网状结构。该结构的各个网格之间的距离不宜过大，因为接地导线的一大重要功能便是为传输信号提供是回流路径，若各个网格间的距离太宽，会使得生成的信号环路面积过大，从而造成辐射和敏感性等现象。
三、PCB抗干扰设计
在PCB中产生电磁干扰的原因主要包括干扰源、传播途径、敏感器件这三个途径。因此，抗干扰设计就应当针对这三个途径进行优化与改善。下文就PCB抗干扰设计的常出现的三方面问题进行分析。
3.1 电源和地线
如果PCB中的电源导线与接地导线布置合理，可有效降低电磁干扰的产生;但若是布置不合理，则会形成系统环路，从而导致噪声的产生，如图3所示，便是在电源导线与接地导线布置上使用了不同路线造成的不合理问题：
对图3电路进行优化，如图4所示，使电源导线靠近接地导线，可有效降低电磁干扰的产生。
3.2去耦电容配置
在PCB干扰设计中，一种常用的方式是在PCB关键位置布置适配的去耦电容。其应当遵顼的操作原则为：
1）电源输入端应当跨接一个电容大小在10～100uf范围内的去耦电容。若条件允许，可接100uf以上的去耦电容。
2）PCB上每一个元器件应当并接一个电容大小在0.01μF～0.1μF范围的去耦电容，以降低元器件对电源的干扰。
3）RAM、ROM等元件抗干擾性较差，应在电源和接地导线之间布置一个去耦电容。
4）去耦电容的导线不宜过长，尤其是高频旁路电容不得布置导线。
3.3 切断干扰传播途径
PCB抗干扰设计中另一项有效措施则是切断电磁干扰的传播路径，常见的方式有以下几种：
1）优化电源设计，降低电源处噪音。PCB上多数元器件对于电源噪音较为敏感，可通过在电源处布置滤波电路或稳压器的方式，降低电源处噪音对于电路元器件的电磁波干扰。
2）若单片机上的I/O被用作控制电机等产生噪音的部件，则可用磁珠或100Ω的阻抗隔离I/O与噪音源。
3）优化晶体振荡器的布线。晶体振荡器应当尽可能地紧靠元器件的管脚，并通过接地导线隔离时钟区域;晶体振荡器的外壳应当可靠接地。
四、结语
综上，PCB设计关乎最终电子成本的性能与质量，因此进行高度重视PCB的设计环节，了解设计工作中常见的问题与技术要点，优化元器件布局与布线，从而提高成品的可靠性与稳定性。
参考文献
[1]林秀凤.PCB设计流程与经验分析[J].河南科技，2020，39（35）：59-61.
[2]杨纯璞.高速PCB优化方法研究[A].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会.第三十五届中国（天津）2021’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会：天津市电子学会，2021：4.
[3]楚义.PCB设计应注意的一些问题[J].电子质量，2003（6）：58-58.
[4]魏辉，董蕴华.PCB设计中需要注意的几个问题[J].河南机电高等专科学校学报，2004，012（004）：50-52.
[5]刘生建.浅谈PCB设计中容易忽略的两个问题[J].龙岩师专学报，2003.