畫 PCB 時，很多人習(xí)慣 “先把元件擺滿再說”，卻沒意識到布局是決定電路性能的關(guān)鍵 —— 同樣的元件，布局合理能讓信號干擾減少 50%，布局混亂則可能導(dǎo)致電路 “看似能工作，實則不穩(wěn)定”(比如時而死機、信號時好時壞)。今天從科普角度，拆解 PCB 布局的 5 條 “黃金法則”，這些原則看似基礎(chǔ)，卻能幫你避開 80% 的布局坑。

在設(shè)計PCB時，設(shè)置電路板輪廓后，需要將元器件調(diào)用到工作區(qū)。將元器件擺放到合適位置后，再進行布線的工作，并伴隨著元器件位置的微調(diào)。組件放置是這項工作的第一步，對于之后的平滑布線工作是非常重要的工作。如果在接線工作期間模塊不足，則必須移動零件，并且必須剝落完成的接線圖并重新開始。除了在零件放置期間必須放置許多零件外，還要求高度的完美性。因此，這一次，我們將介紹有效地執(zhí)行此麻煩的組件放置方法和有用的功能。優(yōu)化的原理圖布局-原理圖中的反射板組件放置在底板上布置零件的時候，要依靠拉網(wǎng)器來尋找布線最短的位置，但是電源、總線等長網(wǎng)線的零件不能單靠拉網(wǎng)器來判斷，必須參照電路圖。因此，在繪制電路圖的時候，在電路板上想要彼此靠近的部件在電路圖上也要靠近。旁路電容器集中在一起畫的話，電路圖會很流暢，但是對于有問題的地方，要畫在作為對象的電源引腳附近。

法則一：“核心優(yōu)先”，先定關(guān)鍵元件位置

PCB 布局的第一步不是擺外圍元件，而是確定 “核心芯片” 的位置 —— 比如 MCU、FPGA、射頻芯片這些決定電路功能的核心元件，它們的位置直接影響其他元件的布局和信號路徑。

核心芯片應(yīng)放在 PCB 的 “幾何中心” 或 “信號匯聚中心”，方便外圍元件(如內(nèi)存、接口、傳感器)圍繞它布局，縮短信號路徑;

避免將核心芯片放在 PCB 邊緣(靠近連接器、散熱孔)，邊緣易受外部干擾(如連接器插拔時的靜電)、溫度波動(散熱孔附近溫度變化大)，影響芯片穩(wěn)定性。比如某單片機控制 PCB，將 MCU 放在中心后，外圍的 ADC、通信模塊圍繞布局，信號路徑平均縮短 3cm，信號延遲從 50ns 降至 20ns，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率從 10^-6 降至 10^-9。

法則二：信號路徑 “最短最直”，避免繞路

信號在 PCB 上傳輸時，路徑越長、彎折越多，衰減和干擾就越大 —— 比如高頻信號(如 100MHz 以上)每多走 1cm，衰減可能增加 0.5dB;90° 彎折會產(chǎn)生信號反射，導(dǎo)致阻抗突變。

數(shù)字信號(如 MCU 的 IO 口信號)路徑盡量短(≤5cm)，避免 “迂回繞路”;

高頻信號(如射頻、高速差分對)路徑必須直，彎折用 135° 圓弧過渡(避免 90°)，差分對的兩條線長度差≤0.3mm(防止相位偏移);

模擬信號(如傳感器的 4-20mA 信號)路徑要 “遠離干擾源”(如功率電路、時鐘電路)，間距≥3mm，且避免與數(shù)字信號線平行(平行會產(chǎn)生電容耦合干擾)。某溫度傳感器 PCB，將模擬信號路徑從 10cm 縮短至 3cm，且遠離功率電阻，采集噪聲從 50mV 降至 5mV，溫度測量精度從 ±1℃提升至 ±0.1℃。

法則三：“分區(qū)布局”，強弱電、高低頻分開

PCB 上不同類型的電路(數(shù)字 / 模擬、強電 / 弱電、高頻 / 低頻)會相互干擾，分區(qū)布局是 “物理隔離” 的關(guān)鍵：

數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)：中間留≥2mm 的 “隔離帶”(可鋪接地銅箔增強隔離)，數(shù)字地與模擬地單獨布局，僅在公共接地點連接;

強電區(qū)與弱電區(qū)：強電(如 220V 轉(zhuǎn) 5V 的電源電路)放在 PCB 邊緣，遠離弱電(如 3.3V 的 MCU 電路)，間距≥5mm，避免高壓擊穿或電磁干擾;

高頻區(qū)與低頻區(qū)：高頻電路(如 Wi-Fi 模塊、時鐘電路)集中布局，遠離低頻電路(如繼電器、電機驅(qū)動)，高頻區(qū)的接地平面保持完整，避免開槽。某智能家居網(wǎng)關(guān) PCB，分區(qū)布局后，數(shù)字電路的 100MHz 時鐘噪聲對模擬電路的干擾從 80mV 降至 10mV，Wi-Fi 信號傳輸速率穩(wěn)定在 800Mbps(無干擾時為 866Mbps)。

法則四：功率元件 “遠離敏感元件”，兼顧散熱

功率元件(如電源芯片、功率電阻、MOS 管)工作時會發(fā)熱(可能達 60℃以上)，且會產(chǎn)生強電磁干擾，布局時需特別注意：

功率元件放在 PCB 邊緣或靠近散熱孔的位置，方便熱量散發(fā)，避免熱量積聚影響敏感元件(如傳感器、MCU);

功率元件與敏感元件的間距≥5mm，且中間可鋪接地銅箔，減少電磁干擾;

功率電路的接地線要粗(≥2mm)，避免電流過大導(dǎo)致線路發(fā)熱，比如 5A 電流的功率地線寬度需≥3mm(電流密度≤8A/mm2)。某 12V 轉(zhuǎn) 5V 的電源 PCB，將功率芯片放在邊緣散熱孔旁，溫度從 65℃降至 45℃，旁邊 MCU 的工作溫度從 50℃降至 35℃，穩(wěn)定性顯著提升。

法則五：連接器 “靠近邊緣”，方便布線與插拔

連接器(如 USB、網(wǎng)口、電源接口)是 PCB 與外部設(shè)備的接口，布局不當(dāng)會導(dǎo)致布線混亂、插拔不便：

連接器放在 PCB 邊緣，且方向一致(如都朝左或朝下)，方便外部設(shè)備插拔，也避免連接器占用 PCB 中心空間，影響核心元件布局;

連接器的信號線(如 USB 的 D+、D-)要直接連到核心芯片，避免繞路，電源連接器的地線要粗且短，減少接地阻抗。某 USB 數(shù)據(jù)采集 PCB，將 USB 連接器放在邊緣后，信號線直接連到 MCU，路徑縮短 4cm，數(shù)據(jù)傳輸速率從 480Mbps(USB 2.0 滿速)穩(wěn)定運行，無因布線繞路導(dǎo)致的丟包。

常見的 PCB 元件放置問題

一般來說，大多數(shù)組件放置的問題是由于更復(fù)雜的布線或者其他問題發(fā)生的，以下是一些常見的問題：

1、元件間距過近

當(dāng)元器件放置得太近時，會產(chǎn)生自動取放問題，對測試(夾具)產(chǎn)生不利影響。

2、PCB拼板分開變得復(fù)雜

當(dāng)組件太靠近電路板邊緣時，可能很難使用布線將 PCB 拼板分離成單板。

3、返工更加困難

如果需要返工，如果組件間隔不好，會更加困難。

4、波峰焊元件的位置和方向

如果元件是分立的，當(dāng) PCB 通過波峰焊時，兩個引腳同時進入焊料。但是，對于較大的組件，不應(yīng)該放在體積比較大的組件之前，因為會產(chǎn)生陰影。

PCB元器件擺放技巧

1、了解 PCB 板的形狀和尺寸限制

在設(shè)計 PCB 時，最重要的是要考慮 PCB 需要安裝在內(nèi)部的外殼，確定安裝孔和邊緣連接器的位置，這對 PCB 的形狀和尺寸至關(guān)重要。

2、弄清楚 PCB 板的制作工藝

在設(shè)計 PCB 板之前，需要咨詢制造商，是按照什么工藝來組裝和測試PCB和組件的，確定好你在PCB板上的占用空間。

3、不要將集成電路放置得太近

建議在 PCB 板的每個集成電路之間至少留出 0.35 英寸至 0.5 英寸的間距，并為更大的 IC 留出更多空間。將 IC 放置得太近會導(dǎo)致在布線連接引腳時空間有限，從而浪費時間重新安排設(shè)計。

元器件位置

4、確保相似的組件朝向相同的方向

如果將相似的組件朝向相同的方向，會使得后續(xù)人員的安裝、檢查和測試過程變得簡單。如果沒有將相似組件定在同一個方向可能會破壞焊接過程，甚至導(dǎo)致某些元器件根本都沒有被焊接，然后使得 PCB 板出現(xiàn)短路和開路。

PCB板上的相似的組件沿著相同的方向

5、按功能對組件進行分組

確保組件根據(jù)電路中的功能塊進行隔離。例如，電源管理組件不應(yīng)與模擬部件混雜在一起，高速數(shù)字通信應(yīng)保持獨立。

規(guī)劃這些組件應(yīng)放置在 PCB 上的位置，根據(jù)經(jīng)驗是讓最嘈雜的信號遠離高度敏感的信號，此外，通過根據(jù)功能對組件進行分組，你可以更好地控制它們的返回路徑。

元器件放置根據(jù)功能放置(模擬和數(shù)字)

6、先放置邊緣元件

放置邊緣元件有利于輸入和輸出連接的電路板布局。這些部件通常是由于機械外殼而不能移動的部件(例如，連接器、開關(guān)、插孔、USB 端口等)。

如果你這樣做的話，相信我，PCB安裝人員和技術(shù)人員將對你心懷感激。

邊緣元件放在外圍

7、高頻元件的定位

當(dāng)電信號超過 1 MHz 的頻率時，系統(tǒng)變得非常關(guān)鍵，特別是在電氣和電子元件的定位方面，尤其是電容和電感元件。即使在相互電連接時，這些組件也會根據(jù)它們的布置、電連接的形狀和大小而表現(xiàn)不同。有時將電容或電感移動幾厘米就足以完全改變電子電路的行為。

在高頻電路中，接地層在擴展方面必須非常有限，并且與其相連的組件應(yīng)盡可能彼此靠近。

高頻元件的定位

8、放置散熱元件

一般規(guī)則規(guī)定，連接各種元件(電阻、電容、電感、集成器件等)的走線應(yīng)該非常短，并且設(shè)備非?？拷?。當(dāng)主要在高頻下運行時，情況確實如此。然而，最小化連接的長度可能會產(chǎn)生熱問題，導(dǎo)致局部熱量的不均勻積累。

乍一看無法解釋的故障，在這些情況下，最好采用電路中的元件和熱導(dǎo)管的平行定位。

放置散熱元件

9、讓組件遠離散熱區(qū)

在功率要求高的應(yīng)用中，穩(wěn)壓器會顯著升溫。很有可能，你已經(jīng)包含了一些散熱過孔以提高散熱率。但是，將其他組件放置在調(diào)節(jié)器附近是沒有那么機智的。當(dāng)你使用功率運算放大器或其他發(fā)熱設(shè)備時，這同樣適用。

10、不要重疊零件

重疊的零件可能會由于組件之間的電流流過而導(dǎo)致短路。

11、盡可能將所有部件放在一層上

一層上許多設(shè)計需要多層 PCB 來適應(yīng)重量和空間限制。但是，如果將零件放置在多層上，在進行元器件安裝時，因為焊接工藝問題不得進行雙多通道，這可能會浪費不必要的昂貴制造成本。

12、標準化組件方向

保持IC管腳和極化元件對齊，所有 IC，無論其占位面積如何，都有一個引腳 1 標記。

如果你不希望每次提交設(shè)計時組裝人員都抱怨，還是把放在它們都在同一方向上對齊。并且這可以提高組裝過程的效率且減少了放置錯誤。