Altium Designer元件布局方法

摘要：文章介绍了电路设计的基本步骤，通过实例重点介绍利用Altium Designer进行元件布局的方法，总结了PCB设计中元件布局存在的不足，提出了元件布局的一些具体做法和改进措施，旨在设计出符合要求的PCB板，提高PCB板的设计能力。

关键词：电路设计；元件布局；PCB板

作为电子工程师，设计电路是一项必备的硬功夫，不管原理设计再完美，电路板设计不合理，性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。下面按照制作流程，介绍PCB设计的基本步骤如下图所示：

在整个设计过程中，元件的布局相当重要，元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容、电路性能都有很大的影响，是应该特别注意的地方。零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后用手工方式安排并固定核心元件、输入信号处理芯片、输出信号驱动芯片、大功率元件、热敏元件、对干扰敏感的元件、数字IC去耦电容、电源滤波电容、时钟电路元件等的位置，再是外围的小元件，最后再用手工方式对印制板上个别元件位置做进一步调整，为自动布局做准备。

一般来说，元件的布局应该遵循以下一些原则：

1）、元件位置安排的一般原则。在PCB设计中，如果电路系统有数字电路、模拟电路以及大电流回路，则必须分开布局，使各系统之间耦合达到最小。

在同一类型电路中，指都是数字电路或模拟电路，按信号流向及功能，分块、分区放置元器件。

输入信号处理元件、输出信号驱动元件应尽量靠近印制电路板边框，使输入/输出信号走线尽可能短，以减少输入/输出信号可能受到的干扰。

2）、元件离印制板机械边框的最小距离必须大于2 mm以上，如果印制板安装空间允许的话，最好保留5～10 mm。

3）、元件放置方向。在印制板上，元件只能沿水平和垂直两个方向排列，否则不利于插件。对于竖直安装的印制电路板，当采用自然对流冷却方式时，集成电路芯片最好竖直放置，发热量大的元件要放在印制板的最上方；当采用散热风扇强制冷却时，集成电路芯片最好水平放置，发热量大的元件要放在风扇直接吹到的位置。

4）、元件间距。对于中等布线密度印制板，小元件，如小功率电阻、电容、二极管、三极管等分立元件彼此间的间距与插件、焊接工艺有关：当采用自动插件和波峰焊接工艺时，元件之间的最小距离可以取50～100 mil即1.27～2.54 mm；而当采用手工插件或手工焊接时，元件间距要大一些，如取100 mil或以上，否则会因元件排列过于紧密，给插件、焊接操作带来不便。对于大尺寸元件，如集成电路芯片，元件间距一般为100～150 mil。对于高密度印制板，可适当减小元件间距。

元件间距要适当，如果间距太小，除了不利于插件、焊接操作外，也不利于散热。

对于发热量大的功率元件，元件间距要足够大，以利于大功率元件散热，同时也避免了大功率元件间通过热辐射相互加热，以保证电路系统的热稳定性。

当元件间电位差较大时，元件间距应足够大，以免出现放电现象，造成电路无法工作或损坏器件；带高压元件应尽量远离整机调试时手容易触及的部位，避免发生触电事故。

但元件间距也不能太大，否则印制板面积会迅速增大，除了增加成本外，还会使连线长度变长，造成印制导线寄生电容、电阻、电感等增大，使系统抗干扰能力变差。

5）、热敏元件要尽量远离大功率元件。

6）、电路板上重量较大的元件应尽量靠近印制电路板支撑点，使印制电路板翘曲度降至最小。如果电路板不能承受，则可把这类元件移出印制板，安装到机箱内特制的固定支架上。

7）、对于需要调节的元件，如电位器、微调电阻、可调电感等的安装位置应充分考虑整机结构要求；对于需要机外调节的元件，其安装位置与调节旋钮在机箱面板上的位置要一致；对于机内调节的元件，其放置位置以打开机盖后即可方便调节为原则。

8）、在布局时IC去耦电容要尽量靠近IC芯片的电源和地线引脚，否则滤波效果会变差。在数字电路中，为保证数字电路系统工作可靠，在每一数字集成电路芯片包括门电路和抗干扰能力较差的CPU、RAM、ROM芯片的电源和地之间均需要放置IC去耦电容。

IC去耦电容吸收了该集成块内有关门电路开、关瞬间引起电源波动而产生的尖峰脉冲，避免尖峰脉冲影响系统中的其他元件。去耦电容一般采用瓷片电容或多层瓷片电容，容量为0.01～0.1 μF。

在电路板电源入口处的电源线和地线间也需加接一个470μF左右的钽电解电容，最好不要用铝电容，原因是铝电容由两层铝箔片卷成，寄生电感大，高频特性差。

9）、时钟电路元件尽量靠近CPU时钟引脚。数字电路，尤其是单片机控制系统中的时钟电路，最容易产生电磁辐射，干扰系统内其他元器件。因此，布局时，时钟电路元件应尽可能靠在一起，且尽可能靠近单片机芯片时钟信号引脚，以减少时钟电路的连线长度。如果时钟信号需要接到电路板外，则时钟电路应尽可能靠近电路板边缘，使时钟信号引出线最短；如果不需引出，可将时钟电路放在印制板中心。

下面是两种布局的对比图。

总之，掌握并运用好元件布局布线的基本规则，对提高产品的寿命、稳定性、电磁兼容、电路性能都有很大影响，对设计者提高PCB板的设计能力有很大帮助，更是电子工程师必备的基本能力。

参考文献：

[1] 周冰. Altium Designer 13标准教程[M].北京：清华大学出版社， 2014

[2] http：//www.elecfans.com/tags/PCB布局

作者简介：

胡建明，男，1970.2.17，汉族，重庆忠县人，副教授，重庆三峡职业学院，研究方向：电子技术及自动化控制方向，