1.元器件的布局

所谓布局就是把电路图中所有元器件都合理地安排在面积有限的PCB上。对于PCB板，从处理信号的角度讲，主要有数字信号电路板、模拟信号电路板以及数字和模拟混合信号电路板3种。在设计混合信号电路板时，一定要仔细考虑，将元器件通过手工方式摆放在电路板的合适位置，以便将数字和模拟器件分开，在安排PCB的布局过程中，最关键的问题是：开关、按钮、旋钮等操作件以及结构件（简称“特殊元件”）等，必须事先安排到指定（合适）的位置上（尽量采用模块化来放置）。放置好之后，可以设置元器件的属性，将LOCK选项选中，这样就可以避免以后的操作误将其移动；而对于其他元器件的位置安排，必须同时兼顾布线的布通率和电气性能的最优化，以及今后的生产工艺和维修等多方面因素，所谓的“兼顾”往往是对设计工作人员水平和经验的挑战。

（1）布局的一般规则

①将一些元器件有特殊要求，如USB接口、电源接口、串口等插座元件应该摆在PCB板的边上或指定位置。（如果把这些元件放在PCB板的中间位置，怎么把线连接出来？）按照电路的流程安排各个电路单元的位置，使布局便于信号的流通，并且尽量使信号能够保持一致的方向。

②对于电位器、可调电感线、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，则应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，则其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

③以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应当均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各器件之间的引线和连接，设法减小它们的分布参数和相互之间的电磁干扰。那些易受电磁干扰的元器件不能挨得太近，输入和输出元件应尽量彼此远离。

④在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般情况下，电路应尽可能使元器件平行排列，不仅可以达到美观的效果，而且易于装焊和批量生产。

⑤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，其长宽比可为3∶2或4∶3。当电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所承受的机械强度。若在实际设计过程中，开始时并不能确定PCB板所需的尺寸，则可以设计得稍微大一些。待PCB设计工作结束后，可在ProtelDXP中选择Design→BoardShape→RedefineBoardShape操作，对原先的PCB进行适当的裁剪。

（2）音频功率放大电路的布局原则

①功放的主要元件是三极管或场效应管、电源变压器、电位器和电阻、电容等元件。电源变压器会产生很强的磁场，也会产生漏磁。如果这些漏磁在PCB板（即印刷电路板）上传播，就成为干扰源。为了防止这种漏磁干扰，还要防止放大器前后级之间电场的相互影响而产生干扰，电路布局要合理。如果电路布局的不合理，容易产生50Hz或100Hz低频干扰，甚至造成高寄生振荡，轻则造成功放性能指标下降，特别是信噪比影响最大，重则会造成可闻的低频噪声或高频的自激振荡。一般都按电路的前后顺序作一字形排列，不能随意胡乱安排，切不可前后级排成U形。元件的分布要考虑信号传输路径最短，干扰最小，立体声功放的整体布局要对称，分布均衡，以保证多声道电路的对称性和平衡性。

②电源变压器是磁感应器件，有条件的话，可把变压器装在有良好磁导率的屏蔽罩内，或尽可能远离PCB板。

③各放大级电阻、电容等元件尽量靠近各级三极管或场效应管，引线原则上要求尽量短，以免干扰信号窜入放大通道。

④电解电容器应离大功率三极管、大功率电阻等发热元器件远一些。

⑤音频接口，电位器应靠近板的边缘，方便调试。

2.布线

布线是在布局之后，通过设计铜箔的走线图，按照原理图连通所有的走线。显然，布局的合理程度将直接影响到布线的成功率，因而往往在布线的整个过程中，都需要对布局进行适当的调整。

（1）在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤。可以这样说，前面各项准备工作都是为布线而做的。PCB布线有单面布线、双面布线和多层布线。布线的方式有两种：自动布线和交互式布线。

（2）在PCB设计中，设计人员往往希望能够采用自动布线的方式。在通常情况下，对于纯数字信号电路板（尤其信号电平比较低，电路板密度比较小时）采用自动布线是没有问题的。但是在设计模拟信号、混合信号或高速电路板时，如果也完全采用自动布线，可就要出问题了，甚至可能带来严重的电路性能问题。建议在采用自动布线之前，首先采用交互式方式预先对那些要求比较严格的电路进行布线。同时输入端和输出端的走线应避免相邻平行，以免产生反射干扰；两相邻层的布线要相互垂直，平行容易产生寄生耦合，这一约束条件可以在布线规则中添加。自动布线的布通率，依赖于良好的布局。布线规则要预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目和步进的数目等。一般先进行探索式布线，快速地把短线先连通；然后再进行迷宫式布线，先把要布的线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线，并重新布线，以改进总体效果。尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面与数字地平面分开；如果地平面被信号线隔断，那么为减少对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以减小由数字开关引起的di/dt效应。

3.一般的抗干扰措施

抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，也是一个很复杂的技术问题。这里结合在PCB设计过程中的经验做一些简单的介绍。(www.daowen.com)

（1）电源线的设计。根据PCB电流的大小，尽量加粗电源线的宽度（在布线设计规则中，可以单独为电源线和地线的线宽做新的约束规则），减少环路电阻，尤其要注意使电源线、地线的供电方向与数据、信号的传递方向相反，有助于增强抗噪声能力。

（2）地线的设计。地线既是特殊的电源线，又是信号线。除了要遵循电源线的设计原则外，还应做到：数字地与模拟地分开；若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，则应使它们尽量分开；低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地；高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状进行大面积地敷铜；尽量加宽电源和地线宽度，最好是地线要比电源线宽一些，它们的宽度关系是，地线＞电源线＞信号线。

（3）数字电路系统的接地构成闭环路，即构成一个地网，能提高抗噪声能力。

（4）数字电路产生的数字电流不应流经模拟电路中的元器件，高频电路产生的高频电流不应流经低频电路中的元器件。

（5）在各级单元电路中的电源与地线之间都加上去耦电容，即加一个电解电容和一个瓷片电容，以提高电源回路的抗干扰能力。

4.关于音频功放电路的接地处理

地线的布置（如图1-2-19所示）：音频电路地线可简单划分为电源地（功率地）和信号地，电源地主要是指滤波、退耦电容地线，小信号地是指输入信号地线、反馈地线。小信号地与电源地不能混合，否则必将引发很强的交流声：滤波和退耦电容充放电在电路板走线上必然存在一定压降，小信号地与该强电地重合，势必会受此波动电压影响，也就是说，小信号的参考点电压不再为零。信号输入端与信号地之间的电压变化等效于在放大器输入端注入信号电压，地电位变化将被放大器拾取并放大，产生交流声。增加地线线宽、背锡处理只能在一定程度上减弱地线干扰，但收效并不明显。有部分未严格将地线分开的PCB由于地线宽、走线很短，同时放大级数很少、退耦电容容量很小，因此交流声尚在勉强可接受范围内，只是特例，没有参考意义。举例说明：设PCB某段地线直流电阻为75mΩ，退藕电容瞬间充电电流为20mA，该放大器放大倍数是40倍，则由于退耦电容充电电流引起的参考点（地线）电位波动，被拾取、放大后，在放大器输出端有60mV的、与充电电流一致的噪音波形。

图1-2-19　PCB地布局

4.关于PCB设计的一些通用要求

（1）铜箔走线宽度≥0.3mm（单面板）。

（2）铜箔走线间的最小空隙≥0.3mm（单面板）。

（3）铜箔走线边缘到PCB板板框边缘的直线距离≥1mm，元器件边缘到PCB板板框边缘的直线距离≥5mm，元器件含盘边缘到PCB板板框边缘的直线距离≥4mm。

（4）直插式元器件的孔径是直插式元器件引脚直径的1.2倍或更大一些（例如元器件引脚直径为0.6mm，PCB板的孔径一般为0.8mm），焊盘的直径是孔径的2.5倍或更大一些（例如孔径为0.8mm，焊盘一般为2.0mm×2.0mm，或2.2mm×2.2mm）。

（5）电解电容器不能贴近发热元器件，例如大功率电阻、大功率三极管、大功率场效应、三端稳压集成电路、散热器等，电解电容器边缘离这些发热元器件边缘的直线距离≥3mm。

（6）固定散热器的螺丝边缘离附近铜箔走线的直线距离≥1mm，即固定散热器螺丝边缘与附近铜箔走线空隙≥2mm。

（7）PCB板在设计时就应该考虑PCB板在自动焊接时过焊炉的方向，并在顶层丝印层用箭头标示。对于DIP封装的集成电路，SIP封装的排插等，其放置方向应与PCB板过焊炉的方向垂直，以避免焊盘间的焊锡连焊短路。

（8）在PCB板上如果有保险丝熔断器、保险丝电阻、交流220V滤波电容、电源变压器等与安全关系非常重要的元器件，在这些元器件的顶层丝印层印上警告标记。

（9）在PCB板上，交流220V的火线铜箔走线和零线铜箔走线的间隙≥3mm，火线铜箔走线与其他铜箔走线的最窄间隙或零线铜箔走线与其他铜箔走线的最窄间隙应≥6mm；对于有交流220V铜箔走线的区域要在顶层丝印层印上做警告标记。