PCB上元器件的布局對整個PCB板的電磁兼容性影響很大，所以從事硬件電路設(shè)計的工程師很有必要學習PCB上對元器件的布局。下面，我將以學生學習的角度出發(fā)，學習與分析PCB上元器件布局的電磁兼容性設(shè)計。
1、概述
為了在設(shè)計初期給予布局人員更多的指導，應盡可能地采用電路框圖以提供更為詳盡的信息，這些應該注意的點包括：
（1） 在物理上對電路板上功能性的子模塊進行劃分；
（2） 敏感元器件和I/O端口的位置要求；
（3） 在電路方框圖上作標記，包括被使用的各種正被使用的不同的接地節(jié)點，與此同時也必須重點關(guān)注到他們的連接；
（4） 各種不同的地節(jié)點可以共地的位置，以及不能共地的位置；
（5） 必須靠近地印制線布放信號印制線，再加上其他任何對信號印制線布置有限制的條件。
2、無地平面時的地布局2.1 印制線的阻抗為了減小地阻抗上產(chǎn)生的噪聲電壓，地連接的仔細布置要花費很大的功夫。
但是在任何不一樣的印制電路板上，徹底消除閉合的地電流是不切合實際的，另一方面，地設(shè)計就是要設(shè)法降低地阻抗本身的大小。印制線的阻抗主要由在頻率大于數(shù)千赫茲以上時的電感決定的，減小地連接阻抗的方法有兩種：
（1） 使導線的長度最短，并且如果可能，增加它的長度；
（2） 印制線的返回路徑與其平行并緊鄰放置。
PCB印制線的電感主要是其長度的函數(shù)，其次才與寬度相關(guān)。對于長度等于x英寸（1英寸=2.54cm）、直徑等于y英寸的單根導線，式2-1給出了它的自感大?。?br>
L=0.0051*x(ln(4/y)-0.75) uH （2-1）
因為電感與直徑之間存在對數(shù)關(guān)系，所以導線的直徑加倍并不會使電感減小50%。若平行的印制線之間的距離足夠遠，則互感的影響可以減小到零，那么電感也會成比例減小。對于間距超過1cm的細導線，互感效應可忽略不計。
2.2 網(wǎng)格地從邏輯上對平行的接地線進行擴展，就會形成一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接地布局。這個方式可使地回流電流可以使用的不同路徑的數(shù)目最大化，因此能夠盡量減小任何給定信號走線的接地電感，在單一的信號返回路徑過于復雜而不能輕易進行定義時，這樣一種結(jié)構(gòu)非常適合具有多個封裝結(jié)構(gòu)的數(shù)字電路的布局。在多數(shù)這樣的布局中，處理保持一致外，網(wǎng)格的孔尺寸才是真正最重要的。
為了使電感最小，往往優(yōu)先選擇寬的地線，而不是選擇細的，但是即使是連接距離較遠的點的細走線，也勝于沒有的情況。在布置信號走線或電源走線之前，先布置網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣才能實現(xiàn)比較好的網(wǎng)格地布局。設(shè)計師需要在雙面板上遵守X-Y結(jié)構(gòu)的布線系統(tǒng)—即在一個面上布置所有X軸方向的印制線，而在另一個面上布置所有Y方向的印制線。然后將“干擾性”（大的di/dt）信號印制線靠近地印制線布放，保證總體環(huán)路的面積最小。這樣做也許需要更多的地線，但是為了降低干擾，這應該視為可以接受的成本。
2.3 不期望的接地類型老師說，任何類型的電路都不應該使用的地結(jié)構(gòu)的一個樣式就是“梳形”，也就是從電路板的一側(cè)，幾個不同的地分支發(fā)散出去，像一個“山”字那樣。這樣的布局迫使返回電流在一個很大的環(huán)路上流動，即使信號走線是短的、直的，并對輻射耦合和地噪聲的產(chǎn)生都有增強作用。在電路板上不同封裝之間引入的這種大的共地阻抗也會導致電路故障。只要在不同地分支之間的空隙上增加一些橋接線，就很容易將梳妝地轉(zhuǎn)化為嚴格意義上的網(wǎng)格地。
2.4 地平面的應用
當平行的地路徑數(shù)量無窮大并且地導線是連續(xù)時，就會出現(xiàn)網(wǎng)格地的極限情況。使用多層板技術(shù)很容易實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，并且具有可能最小的接地路徑電感。對于具有高速時鐘的數(shù)字電路和射頻電路來說，地平面是非常重要的。常見的PCB四層結(jié)構(gòu)中都包括一個單獨的電源面，在高頻時具有很低的電感。
為什么要有這么大的一個地平面呢？我曾問過老師，老師說了一堆讓我糊涂的東西。最后我還是乖乖地看書，然后得到了答案: 地平面最主要的電磁兼容性設(shè)計目的是提供地阻抗的地和電源返回路徑，使其感應的低噪聲最小，而對信號線的屏蔽效應才是屬于其次的。因為，很多情況下，在電路板平面以外的元器件，無論如何都會使這種屏蔽作用歸于很弱的效果的。
當存在PCB走線產(chǎn)生的明顯的電場（dv/dt）耦合時，將電源層和地層放在電路板的外側(cè)，即信號層在中間，那么如此可以為這些走線提供很好的電場屏蔽。然而，這種電場耦合比較少成為影響的主要因素，所以，我們最常用的是將電源層和地層非常近地靠在一起設(shè)計，來獲得最好的電磁兼容。
對于面積有限的地平面，在它的幾何中心應當存在理想的阻抗，而靠近平面外側(cè)的點將會有高得多的阻抗，這是因為這些點的阻抗開始變得明顯具有感性。所以，我們可以得出結(jié)論：
——絕對不允許將關(guān)鍵走線或者元器件靠近地平面的外側(cè)放置??！
2.5 雙面板的地
很多時候，我們?nèi)绻簧婕暗綇碗s的產(chǎn)品，一般是雙面板。雙面板上，比較容易實現(xiàn)局部地平面。然而，如果僅僅是將沒使用的PCB空間直接鋪地，那就錯了哦?。ü?，當年我就這么搞過。。）這不能獲得真正的地平面。這是因為地平面的目的在于提供低電感的路徑，所以它必須位于需要這個低電感回路的線路的上面或者下面。（不要瞎自個兒造地平面，呵呵）
特別是在高頻時，返回電流并不會如我們之前所述的那么乖去選擇幾何最短的回流路徑，而是優(yōu)先在和它相對應的信號走線相鄰的那部分區(qū)域內(nèi)流動。這完全是因為這樣的線路所包圍的環(huán)路面積最小，因此所形成的總電感最低的緣故。嗯，返回電流是最懶的，哪兒近就往哪兒靠。
