在通過原理圖正式確定電路的功能、選擇所使用的元件、設備和技術之后，下一步是創建功能性的 PCB 布局。這一步的目標是將所有元件放置在 PCB 上，并建立所有必要的連接，確保板子的尺寸最小化，并滿足特定應用目標，例如最小化損耗或最大化信號完整性。然而，這個過程可能很復雜，并不僅僅是繪制電子元件之間的連接。本文涵蓋了在產品生命周期中這一關鍵階段需要牢記的重要最佳實踐方法。

利用子電路進行最佳元件布局

PCB 設計中的子電路識別顯著影響器件布局和布線策略。通過將電路中的特定功能模塊隔離，設計人員可以策略性地定位組件，以確保 PCB 空間的充分利用和短信號路徑，從而減少串擾和信號衰減的可能性。這個過程直接影響器件布局，敏感的低電壓區域應策略性地遠離高壓部分，以防止信號損壞并確保安全可靠的運行。

對于包含數字 IC 的設計，工程師還必須考慮去耦電容和過孔所需的空間，以確保在短暫的需求峰值期間提供可靠的電源。在去耦電容和電源引腳之間增加過孔可以幫助通過利用平面電容來增加電容。

該圖說明了左側的走線在合并到 IC 引腳時變細的情況。該圖還描繪了如何在去耦電容和電源引腳之間放置過孔。

熱管理也會影響單個組件或整個子電路的布局。對熱敏感的組件會表現出不同的特性，應遠離產生熱的部件，特別是如果 PCB 用作散熱器。設計者應考慮外部散熱器所需的間距和空間要求。

布線：不僅僅是放置導線

導線需要在 PCB 上占用大量空間，各種制造約束以及導電材料的物理和電氣特性會影響布線。當正確進行時，PCB 設計工程師可以確保可靠運行，同時最大限度地減少所需的板空間。

工程師應盡量縮短走線長度，即使在不要求精確阻抗或信號路徑匹配的非關鍵設計中也是如此。信號傳輸距離越遠，衰減越嚴重。較長的走線表現出更高的電阻，導致信號衰減和減弱——進而使電路更容易受到噪聲的影響。類似地，較長的走線更有可能引入電磁干擾和信號衰減。它們可以作為天線，拾取或輻射 EMI，影響附近的敏感元件。

導線寬度也會影響電路的阻抗和抗電磁干擾能力。由于較寬的導線更容易受到干擾，工程師應盡可能減小導線寬度。然而，他們必須確保導線滿足電流要求，尤其是在傳輸電源時。在射頻和高頻應用中，導線應逐漸變細至焊盤處，以保持信號完整性并幫助最小化信號反射。信號傳輸導線不應在長距離內平行運行，以減少導線間的信號串擾。同樣，導線間距過窄會增加串擾，因此工程師應確保導線間距至少為介電厚度的三倍。

將信號線分開布線而不是并行布線可以防止敏感信號之間的串擾。

最后，過孔應始終成對放置，設計人員應始終將接地過孔盡可能靠近信號和電源過孔，以改善過孔電感并增強電流返回路徑——從而最小化信號失真和串擾。

對多層 PCB 進行層堆疊優化

同一層的走線并非孤立存在，如果未仔細布線，它們會受到其他層走線和焊盤的影響。實心參考平面和電源平面會影響 PCB 上其他走線的電容和信號完整性。工程師應確保信號和電源走線位于實心參考平面上。通常參考電平為 0V，但在某些情況下也可以是另一個合適的電源平面。參考平面不應有明顯的縫隙。如果有，信號走線不應跨越這些縫隙，以避免在敏感應用中產生關鍵的 EMI 問題。

靠近走線的過孔可以防止受影響的走線跨越下方的整塊銅層。

在放置過孔時，例如，當過孔未連接到參考平面時，可能會在平面上產生間隙。當放置得太靠近信號跡線時，過孔會在參考平面上產生間隙，并使信號跡線暴露在外。

摘要

創建功能性的 PCB 布局涉及戰略性的元件布局和高效連接布線，以滿足特定應用目標。子電路識別起著關鍵作用，允許設計者優化空間利用率，最小化信號衰減，并防止串擾。熱管理考慮因素也影響元件布局，特別是對于熱敏感元件。去耦電容器和過孔對于可靠的電源至關重要，在具有數字 IC 的設計中必須仔細注意它們的布局。

高效的走線設計至關重要，需要考慮制造約束和導電材料的特性。工程師應盡量縮短走線長度以減少信號衰減和電磁干擾。走線寬度會影響阻抗和抗噪聲能力，需要在寬度和電流需求之間取得平衡。仔細考慮過孔，特別是它們的配對和與信號走線的距離，對于減少信號失真和串擾至關重要。

多層 PCB 布線涉及層間交互，實心參考平面會影響電容和信號完整性。確保信號和電源走線位于實心參考平面上方至關重要，避免間隙以防止 EMI 問題。如果過孔放置不當，可能會在參考平面上形成間隙。地平面和電源平面，以及去耦電容，在短電流尖峰期間有效緩解上電不穩問題。