面对如今硬件平台的集成度越来越高、系统越来越复杂的电子产品，一个PCB上包括诸如射频收发模块、高功率电路、低噪声放大器、音频电路、电源模块、滤波器、驱动器等各种模块，这些模块在PCB上的相对位置和方向都会对电磁场的发射和接收产生巨大的影响，以及布局的优劣对布线质量更会直接影响。因此，对于PCB布局应该具有模块化的思维，要求无论是在硬件原理图的设计还是在PCB布线中均使用模块化、结构化的设计方法。作为硬件工程师，在了解系统整体架构的前提下，首先应该在原理图和PCB布线设计中自觉融合模块化的设计思想，结合PCB的实际情况，规划好PCB上的模块化极特殊器件布局基本思路。
2.布局之约束分析从确定产品ID开始，PCB板的大小尺寸和布局空间就受到外壳的限制，其次还需要考虑各种性能要求、工艺限制以及生产、测试等因素。
1）需要考虑结构空间限制：包括局部的限高、禁布区、固定元器件区域、结构避让等
2）需要考虑PCB与外部元器件的连接方式；
3）需要考虑防水、防尘、防腐蚀、散热等；
4）需要考虑特殊结构件（包括外壳）的接地处理要求；
5）需要考虑PCB板与结构相关的漏铜、屏蔽等必要的EMC处理；
以上各因素可以和结构工程师一同商量确定。
3.固定器件摆放固定元器件一般指的是结构设计中机械定位，一般包括接插件、按键、开关、螺丝孔、耳机、喇叭、麦克、听筒、天线、显示屏、电池、屏蔽盖、金属弹片、装配件等，并包括指定的禁布区。
1）接插件类：一般都是在板子边缘，就近引出接插件，有时会因为设计需求我们做成沉板式的，这是需要破板；
2）定位和结构紧固类，一般为螺丝柱、定位柱等
3）限高、限布类：一般指PCB主板上局部区域有限高、禁布要求，如有显示屏紧贴主板安置，这里就会限制布件布线；如天线区域主板需要净空，所以也会要求禁布（当然，也有些相关的被动元件是可以布置的，如天线匹配电路的阻容感）；如由于某些结构部位设计离PCB的间距有限，会限制要求比如只能布置1.0mm的器件；
4）对于一些需要手工焊接的区域，需要流程足够的间距以便于提高焊接效率和质量；
一般而言，以上这些都可以根据结构提供的DXF图，固定位置器件都需要定位的。同样根据结构的DXF和器件本身属性，确定禁布区域，赋予禁布器件或者禁布线属性。
4.模块划分4.1按功能划分各种电路模块实现不同的功能,比如说时钟电路、放大电路、高功率电路、驱动电路、ADC/DAC电路、I/O电路、开关电源、滤波电路、DDR高速数字电路、RF电路、音频电路、等等。
一个完整的设计可能包含了其中多种功能的电路模块，比如手机，包含了音频电路、射频电路、基带电路、DDR高速数字电路、VOC时钟电路、参考时钟电路、摄像头电路、显示频电路等。在进行PCB设计时,我们可依据信号流向,对整个电路进行模块划分。从而保证整个布局的合理性,达到整体布线路径短,各个模块互不交错,减少模块间互相干扰的可能性。
给出一张手机PCB的模块分解图：
这块板子为10层板设计，模块划分并不是很好，也不是很美观，但是受限于板子空间，也已经做的比较到位，最终成板后性能也很不错，EMC达到了较高的标准。当然，肯定还有更加的方案，所谓优化无极限嘛。
4.2按频率划分按照信号的工作频率和速率可以对电路模块进行划分:高、中、低渐次展开,互不交错。如4.1中的手机图里面，信号种类是比较到，射频信号的频率有Mhz/Mhz/Mhz/Mhz......高频信号，音频信号30hz~20khz低频信号，DDR信号约在Mhz，MCU的主频在1.2G......所有的这些在做设计时都需要很清楚，才能做好一块板子的布局。
4.3按信号类型分按信号类型可以分为数字电路和模拟电路两部分。
为了降低数字电路对模拟电路的干扰，使他们能和平共处、达到兼容状态，在PCB布局时需要给他们定义不同的区域，从空间上进行必要的隔离，减小相互之间的耦合。对于数、模转换电路，如A/D、D/A转换电路，应该布放在数字电路和模拟电路的交界处，器件布放的方向应以信号的流向为前提，使信号引线最短，并使模拟部分的管脚位于模拟地上方，数字部分的管脚位于数字地上方。
4.4按物理特性和电气特性分类根据物理特性和电气特性进行分区。物理分区主要涉及元器件的布局、朝向和屏蔽等问题；电气分区可以继续分解为电源、数字线、模拟线、时钟线、RF走线、敏感线和信号以及接地等分区。然后根据器件的朝向和屏蔽方式对不同电气分区进行预布局。在保证电性能的前提下，结合MD设计，合理安排PCB正反面的器件布局，提高整机的设计精密度，设计到极致。
4.5综合布局电路布局的一个原则，就是应该按照信号流向关系，尽可能做到使关键的高速信号走线最短，其次考虑电路板的整齐、美观。时钟信号应尽可能短，若时钟走线无法缩短，则应在时钟线的两侧加屏蔽地线。对于比较敏感的信号线，也应考虑屏蔽措施。
时钟电路属于较强的辐射源，会对一些较敏感的电路，特别是模拟电路产生较大的影响，因此，在电路布局时应让时钟电路远离其他无关电路：为了防止时钟信号的对外辐射，时钟电路一般应远离I/O电路和电缆连接器，最好加接地屏蔽盖进行屏蔽。
低频数字I/O电路和模拟I/O电路应靠近连接器布放，时钟电路、高速电路和存储器等器件常布放在电路板的最靠近里边(远离拉手条：插在背板上的子卡需要一个把手，便于把它从背板上拽下来，这个把手就叫拉手条）的位置；中低速逻辑电路一般放在电路板的中间位置；如果有A/D、D/A电路，则一般放在电路板最中间的位置；功放电路布局远离敏感电路，特别是LNA、VCO、音频信号。
下面总结部分基本要点，供大家参考:
01.区域分割，不同功能种类的电路应该位于不同的区域，如对数字电路、模拟电路、接口电路、时钟、电源等进行分区；
02.数、模转换电路应布放在数字电路区域和模拟电路区域的交接处；
03.时钟电路、高速电路、存储器电路应布放在电路板最靠近里边(远离拉手条）的位置:低频I/O电路和模拟I/O电路应靠近HEAD头布放；
04.应该采用基于信号流的布局,使关键信号和高频信号的连线最短,而不是首先考虑电路板的整齐、美观；
05.功率放大与控制驱动部分远离屏蔽体的局部开孔,并尽快离开本板；
06.晶振、晶体等就近对应的IC放置；
07.基准电压源(模拟电压信号输入线、A/D变换参考电源）要尽量远离数信线。
08.LNA布局远离VCO、PA、开关电源、功放电源、天线等干扰源；
09.功放电路布局远离敏感电路，特别是LNA、VCO、音频信号；
10.多种模块电路在同一PCB上放置时，不同的模块电路必须有各自独立的布局空间，禁止将他们混杂在一起（这些电路主要包括：数字电路与模拟电路；高速电路与低速电路；敏感电路与干扰源电路）；
11.整体布局参照原理功能框图，各模块电路分开放置，其位置关系参照信号的实际流向，确保总的信号线最短，优先保证总线、时钟线、高速信号走线和强信号等的走线最短；
12.除光耦、隔离变压器等隔离器件以外，其它器件禁止放在地层分割线上；
13.电源模块靠近电源的入口放置，尽可能保证电源的输入线最短；
14.时钟驱动芯片靠近负载均衡放置；
15.总线驱动芯片靠近负载放置，间距在mil之内；
16.禁止电感、继电器和变压器等易发生磁场耦合的感性器件靠近放置；
17.滤波电容的电源管脚应靠近器件的电源管脚排步，确保电流先经过滤波电容滤波，再供器件使用；
18.网口连接器、网口变压器和共模电感距PCB板边依次排步，各器件间距在mil之内；
19.接口信号的滤波、防护和隔离器件等尽可能靠近接口连接器处，相应的信号连接线尽可能短；
20.避免不同类型接口的信号连接器互相间隔放置；
22.电路板电源滤波的滤波器和防护器件必须就近放置在电源入口处；
23.器件的电源脚与退耦电容之间的间距尽量小；
24.复位开关的复位线附近应放置一个0.1uF电容；
25.对于差分线上的滤波电感应该同层、就近、平行、对称放置；
26.在离屏蔽外壳（不包含接口、孔缝等）mil以内的地方禁止放置发射较大、比较敏感和容易接收干扰信号（例如感性器件）的器件等。对于发射很大或特别敏感的器件（例如晶振、晶体等），应远离屏蔽外壳mil以上；
27.对于局部发射较大的电路和器件或较为敏感的电路和器件，可对他们进行屏蔽，完整的屏蔽方法是在此区__抜蓒域；
28.低电平信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路；
29.印制电路板（PCB）布局时要尽可能地将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合。
30.高、中、低速逻辑电路在PCB上要用不同区域。充分利用PCB上未腐蚀部分作接地和屏蔽；
31.安排电路时要使得信号线长度最小；穿过屏蔽盒的导线最少；
32.印制板上的屏蔽体要直接接地到主机壳；
33.EMI滤波器要尽可能靠近EMI源或敏感电路，并放在同一块电路板上；
34.DC/DC、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，以使其导线长度最小；
35.尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器；
36.在可能的地方使用模块式结构（有屏蔽外壳的功能单元）；
37.要把电源线滤波器、高电平信号电路、低电平信号电路放在不同的屏蔽隔舱内。
38.在设备内采用屏蔽体，例如板或隔墙来分隔高电平源和灵敏的接收器；
39.合理屏蔽高压电源，并同敏感电路隔离；
40.在整个音频敏感电路周围使用磁屏蔽，以减小同电源线的耦合。可以用这样的方法
来有效地减小Hz/50Hz交流声这种低频干扰；
41.电缆屏蔽可按电缆长度分为电学上长和电学上短。ll/20称为电学上短或者低频屏蔽；ll/20称为电学上长或者高频屏蔽；
42.低频电容性屏蔽，屏蔽层一端接地；低频电感性屏蔽，用高导磁的磁屏蔽，磁屏蔽
43.没有接地要求，但有厚度要求。低频电感性耦合也可用双绞线减小环面积来切断；
44.高频屏蔽，屏蔽层必须两端接地。这种类型涉及30～0MHz范围的发射和敏感度分析；
45.必须将电缆屏蔽层的周围都与地搭接，预防电流穿越屏蔽；
46.对于连接器，要保持从电缆屏蔽层到连接器后壳、到配合连接器板、再到机架都要连续密封；
47.分系统间的连接电缆和连接器的设计要协调一致。例如，不能一端要求其所有_繞__屏蔽层彼此隔开，而另一端却只给一个连接器留1根插针供屏蔽层端接。不能一端用屏蔽线控制干扰辐射，而另一端却选用非导电涂层的连接器；
48.不要让主电源线和信号线通过同一连接器；
49.尽量不要让输入输出信号线通过同一连接器，特别对于模拟信号；
50.放大器的布局应设计成最短的距离上传送低电平信号，否则易引入干扰。
5.几个特殊电路布局说明5.1电源部分在分散供电的单板上都要一个或者多个DC/DC电源模块，加上与之相关的电路，如滤波，防护等电路共同构成单板电源输入部分。
首先对于板上电源，作为整个系统板上的一部分，需要在系统进行布局初期就考虑其位置。一个重要的原则是电源需要放置在负载的附近，这样做的原因是防止PCB走线过长，造成负载端的实际电压与电源设定的输出电压压差过大，影响供电的精度，动态负载响应变慢，电源效率降低。除了位置，还需要对电源面积有合理的预估，如果没有进行合理预估，最后留给电源的面积小于需要的面积，会导致很多必须遵守的PCB布局准则无法实现，电源的工作性能无法保障。
同时，如果系统涉及到风扇散热，将电源放置在离风扇附近，不仅有助于散热，降低电源的散热压力，也能提升电源效率。为保证风扇散热性能，要避免无源器件（例如电感，电解电容等）不会阻挡住矮的有源器件例如MOS管，PWM控制器等被风扇吹到。
5.1.1电源模块功率器件的布局开关电源电路由功率回路和小信号控制回路组成。功率回路包括流经大电流的器件，例如电感，电容，MOS管等，这部分器件需要优先布局。小信号控制回路包括反馈电阻，补偿网络，频率设定，过流设定等等，这部分器件一般放置在电源特定的位置。
功率线路线宽计算由于功率线路流过的电流较大，如果线宽太小，会造成线路损耗增加，PCB温度升高，系统效率下降，甚至电路无法正常工作。不同电流值对应线宽的经验值是1OZ的铜重量，线宽30mil可以承受1A电流。如果是大电流变化率的电流，需要更宽的线宽。当然，条件允许时，对于连续的电流或者稳定的电压部分，线宽越宽越好，节点面积越大越好。对于流过大电流的过孔，一般的经验是直径为6mil的过孔承受最多1A电流，直径14mil承受最多2A电流，直径40mil承受最多5A电流。为了更好的散热，可以在过孔中填充焊锡。如果是过孔阵列，要在过孔间留足间隙。
5.1.2电源中大电流变化率回路的布局所有的元器件，包括PCB走线都会存在寄生电感，寄生电容和寄生电阻。而大电流变化率会在寄生电感上产生电压尖峰；电压尖峰会增加元器件的耐压要求，同时向外传播干扰，降低EMI（ElectroMagneticInterference）测试通过的可能性。为此需要减小大电流变化率回路的面积，首先需要识别出这样的回路。
图1给出了Buck电路的基本结构，首先用橙色线画出上管开通时的电流路径，然后用蓝色线画出上管关闭时的电流路径。电路当中①和③都包含了两种回路，只有②中是一个回路，所以我们把②部分视为大电流变化率的回路。这种方法对所有的电路拓扑都适用。
如图2所示，蓝色部分为Buck电路大电流变化率回路，需要确保这个回路的地和地平面分离，单点连接。回路中的高频去耦电容一般取值范围在0.1uF到10uF，类型为X5R或者X7R的陶瓷电容。高频陶瓷电容的特点是寄生电感和寄生电阻小，能够给大电流变化率的电流提供良好的路径。图3给出了Buck电路大电流变化率回路布局示例。首先，尽量将所有的功率器件放置在PCB的同一面，PCB的功率走线放置在同一层，这样可以减少线路的阻抗，减少过孔的数量。如果一定要在不同层进行功率线布局，选择连续电流的路径放在另外的PCB层，同时放置足够多的过孔。和Buck电路类似，对于Boost电路也可以采用一样的方法进行分析和布局，大家可以自己分析研究下。5.1.3电源电路高电压变化率节点布局开关电源中，开关管MOS和续流二极管或者同步整流MOS管中间的节点电压在地和高电压之间不断切换，电压变化率很高，这个节点上的振铃电压包含很多高频噪声，是EMI噪声的主要产生源。为了防止这个节点的噪声耦合到对噪声敏感的小信号线路，需要将开关节点的面积尽量减小。但是，这个节点流经的电流很大，这部分的铜也有助于MOS管以及二极管的散热，所以这个节点也不能太小，否则有热的问题。因此在多层板设计中，最好在开关节点的下一层铺一块地平面，提供额外的隔离，防止噪声的传播。一般的Buck或者Boost芯片会有一个BST管脚，与开关节点通过一个电阻电容相连，给上MOS管驱动提供电压的。这个环路也是高电压变化率的，所以也需要保证环路面积尽量小。以SCT为例，如图4所示，电感L1和SW的距离较近，SW节点铜皮的面积在保证散热的前提下尽量小，降低噪声的传播能力。BST和SW相连的环路控制在最小，这也得益于芯洲科技在设计芯片时就考虑到该问题，将SW和BST布局在相邻管脚。5.1.4多个电源的布局如果系统中存在多个供电电源共用一个输入源，同时这些电源相互间不是同步工作的，那么需要将这些电源的输入供电走线分开，防止各个电源之间的共模噪声通过输入及地进行传播，互相干扰。5.2时钟部分时钟往往是单板最大的干扰源，也是进行PCB设计时最需要特殊处理的地方。布局时一方面要使时钟源离单板板边(尤其是拉手条）距离尽量大，另一方面要使时钟输出到负载的走线尽量短。在布线部分中，我们提到对时钟线要优先考虑布内层，并进行必要的匹配、屏蔽等处理。常用的时钟电路有：晶体、晶振、时钟分配器。有些IC用的时钟可能是由主芯片产生的，但追根溯源，还是由上述三者之一产生的。接下来结合具体实例5.2.1晶体电路几个注意事项：1.和IC布在同一层面，这样可以少打孔；2.布局要紧凑，电容位于晶体和IC之间，且靠近晶体放置，使时钟线到IC尽量短；3.对于有测试点的情况，尽量避免stub或者是使stub尽量短；4.附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、MOS管、电感等发热量大的器件；以下是案例图，供参考：5.2.2晶振电路比于晶体电路，晶振是有源电路，主要由三部分组成：晶振+电源滤波电路+源端匹配电阻：常见电路设计如下图：布局、布线总结：1.滤波电容靠近电源管脚，遵循先大后小原则摆放，小电容靠得最近；2.匹配电阻靠近晶振摆放；如果原理图中没有这个电阻，可建议加上；3.附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、MOS管、电感等发热量大的器件；4.时钟线按50欧姆阻抗线来走；如果时钟线过长，可以走在内层，打孔换层处加回流地孔；5.其他信号与时钟信号保持4W间距；6.包地处理，并加屏蔽地孔；5.2.3时钟分配电路时钟分配器种类比较多，在设计时保证时钟分配器到各个IC的距离尽量短，通常放在对称的位置，例如：
布局、布线总结：
1.时钟发生电路要靠近时钟分配器，常见的时钟发生电路是晶体、晶振电路；2.时钟分配电路放置在对称位置，保证到各个IC的时钟信号线路尽量短；4.时钟信号线过长时，可以走在内层，换层孔的mil范围内要有回流地过孔；5.3手机射频电路对终端产品而言，有以下一些特殊电路在布局时需要特别注意：1.接收电路前端：是敏感电路；2.VCO电路的电源、环路滤波部分：是敏感电路；3.功放电路、发射后级电路：是强烈的辐射源；4.基带数字信号处理电路：是强烈的辐射源；5.参考时钟和晶体振荡器：是强烈的辐射源；6.音频信号：是敏感电路；7.天线：天线性能极易受周围空间环境影响；模块布局是射频布局设计的关键，应当保证模块间射频信号关系清晰，关联射频信号路径最短。当前最常规的布局方式如下：按信号流向由上到下放置天线电路、射频接收、发射电路、射频变频单元、基带电路，注意模块间的相互隔离。对于单模产品这样的布局还比较容易做到，而对双模甚至三模产品来说就比较困难。为防止不同模式间的干扰需要谨慎布局，常用的方法是将两种模式的射频单元分别放置在单板的两面以达到最好的隔离效果。下图就是一个双模手机的布局框图，从中可以看到模块布局和屏蔽腔设计思想。由于多模产品的体系复杂，射频模块多，这极大的影响了射频模块布局。考虑到不同模式的射频单元基本是分时工作，因此在实际布局中应当优先考虑同一模式内的射频性能，其次考虑不同模式射频模块间干扰。5.4电感线圈线圈(包括继电器）是最有效的接受和发射磁场的器件(在继电器选型时应尽量考虑采用固态继电器）。建议线圈放置在离EMI源尽量远的地方，这些发射源可能是开关电源、时钟输出、总线驱动等。线圈下方PCB板上不能有高速走线或敏感的控制线，如果不能避免，就一定要考虑线圈的方向问题，要使场强方向和线圈的平面平行，保证穿过线圈的磁力线最少。5.5数模混合布局01）数模分区布局，及数字部分布放在在数字区域，模拟部分布放在模拟区域，不要交叉放置。02）数模混合器件当做模拟器件处理，布放在模拟区域，数字接口靠近对应的数字器件布放。03）以下电路需要使用屏蔽盒屏蔽：接收前端，包括天线到接收芯片之间的saw滤波器、LNA和阻抗匹配电路等。频率源电路：VCO，PLL、环路滤波和晶振等。功放电路布局时，各个模拟模块最好能单独供电，同时考虑布线时这些供电不受强干扰的数字信号的干扰。04）电源进入模拟区域前做前置滤波。05）数字电源和模拟电源分开供电。06）同一方向供电路径采用从大信号向小信号供电。从大信号向小信号供电能有效的减小大信号回路对小信号电路的干扰。07）布局时规划PA电源路径，保证PA电源路径尽量短，减小走线压降。08）电源芯片和PA在布局时预留散热铜皮和散热路径。09）首先保证重要的模拟地在其PIN脚附近预留埋孔直接接到主地，然后保证其他模拟地再PIN脚附近预留埋孔直接接到主地，最后在大电流回流的地附近预留足够的地孔保证电流有效的回流到电池。10）滤波器件应该按照容值由小到大，靠经相应PIN脚布放。11）严禁将晶体等温度敏感器件放置在功率器件附近或者背面。5.6滤波器件滤波措施是必不可少也是最常用的对策手段，原理设计中经常是注意到了很多的滤波措施，比如去耦电容、三端电容、磁珠，电源滤波，接口滤波等，但在进行PCB设计时，如果滤波器件的位置放置不当，那么滤波效果将大打折扣，甚至起不到滤波作用。滤波器件安装的一般考虑是就近原则1）去耦电容要尽量靠近IC的电源管脚:2）电源滤波要尽量靠近电源输入或电源输出:3）局部功能模块的滤波要靠近模块的入口:4）对外接口的滤波(如磁珠等）要尽量靠近接插件等。转载请注明地址:http://www.abmjc.com/zcmbjc/6733.html
