重要要點(diǎn)

• 可能會(huì)影響組件放置的PCB占用空間的考慮

• 電氣和可制造性與PCB組件方向有關(guān)

• 在放置零件時(shí)使用PCB設(shè)計(jì)工具提供幫助

組件以不同方向緊密放置在電路板上

您是否曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)自己在單向道路上行駛方向錯(cuò)誤？當(dāng)您突然意識(shí)到自己的錯(cuò)誤時(shí)，沒(méi)有什么比恐懼和尷尬更震撼了。朝錯(cuò)誤的方向行駛肯定會(huì)給您和您的汽車造成困難，就像將零件指向錯(cuò)誤的方向會(huì)在PCB設(shè)計(jì)中造成問(wèn)題一樣。不，這些零件不會(huì)在交通事故中最終崩潰，但是它們的方向會(huì)影響電氣性能和電路板的可制造性。

一次，較舊電路板的電路速度較慢，這使PCB設(shè)計(jì)人員在如何放置元件方面有了更大的自由度。如果需要較長(zhǎng)的走線來(lái)布線，則不必?fù)?dān)心。在當(dāng)今的設(shè)計(jì)中，隨著更快的信號(hào)速度，電源完整性問(wèn)題和散熱考慮，這種奢侈已不復(fù)存在。布局團(tuán)隊(duì)在確定設(shè)計(jì)的PCB組件方向時(shí)必須同時(shí)考慮電氣性能和可制造性的需求。這里是對(duì)為什么如此重要的更仔細(xì)的研究。

放置元件的PCB庫(kù)注意事項(xiàng)

組件在電路板上的正確方向始于如何構(gòu)造組件覆蓋區(qū)。如果零件的制造不正確，則即使正確的零部件方向也將導(dǎo)致零件連接錯(cuò)誤。交換極化部分上的兩個(gè)引腳非常容易，并且二極管的陰極和陽(yáng)極也會(huì)經(jīng)常被誤解。有時(shí)，帶有多個(gè)插針的零件會(huì)在錯(cuò)誤的位置放置插針一，否則其編號(hào)順序會(huì)全部亂序。

為避免這些問(wèn)題，在制作PCB組件時(shí)，最好始終備有最新的數(shù)據(jù)表和零件信息。另一個(gè)有用的工具是正在使用的設(shè)計(jì)工具中的零件構(gòu)建向?qū)Ш蛯?shí)用程序。如今，許多工具還具有與在線庫(kù)服務(wù)的連接，使您可以下載零件信息，包括原理圖符號(hào)，PCB封裝，3D步驟模型等。使用這些服務(wù)，您可以節(jié)省很多時(shí)間，這些時(shí)間通常用于圖書館工作。另一個(gè)好處是，這些模型中的大多數(shù)直接來(lái)自組件制造商，從而確保您在設(shè)計(jì)中使用的零件是正確的。

您還可以使用組件封裝來(lái)做一些事情，這將有助于零件在布局中的放置。如果可以的話，將標(biāo)記放在組件的腳印上，并固定一個(gè)位置。這將有助于稍后在布局中將零件放置在正確的方向上，這對(duì)于電路板的最佳電氣性能至關(guān)重要，這將在后面看到。

使用外部庫(kù)瀏覽器將符號(hào)，封裝，數(shù)據(jù)表和圖像下載到設(shè)計(jì)中

PCB組件方向及其對(duì)電氣性能的影響

一次可以將電路板布置成其部件布置美觀，并且性能也一樣。但是，情況已不再如此。如今，PCB組件必須根據(jù)其功能放置在特定的分區(qū)中，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。它們還必須正確定向，以滿足它們正在維修的信號(hào)或電源電路的需求。

高速信號(hào)

高速電路不只是單點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。高速電路通常由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成，這些網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成一條完整的信號(hào)路徑。例如，信號(hào)路徑可能始于信號(hào)源，然后經(jīng)過(guò)電阻，然后終止于其負(fù)載。因此，信號(hào)路徑由兩個(gè)帶有中間電阻的網(wǎng)絡(luò)組成，為了獲得最佳信號(hào)完整性，需要將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)都視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。為此，必須對(duì)電阻器進(jìn)行定向，以在信號(hào)路徑的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間提供最佳的連接。

高速路由還包括包含許多網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)存和數(shù)據(jù)總線。這些網(wǎng)絡(luò)不僅需要空間進(jìn)行走線布線，而且還需要逸出通孔。這就要求連接到這些網(wǎng)絡(luò)的所有組件都朝著最佳方向定向，以實(shí)現(xiàn)盡可能短的走線路徑。同樣，作為阻抗控制網(wǎng)絡(luò)一部分的組件必須針對(duì)最短和最直接的連接進(jìn)行定向，尤其是那些需要通過(guò)差分對(duì)進(jìn)行布線的組件。

電源 

電源組件還必須經(jīng)過(guò)定向，以在放置期間獲得最佳的連接配置。為了降低電感和電阻以及在大電流電源走線中可能產(chǎn)生的噪聲，布線必須盡可能短且直接。這將需要非常緊密地放置電源部件，并可能需要某些異常的組件方向。此外，電源組件也應(yīng)全部放置在電路板的同一側(cè)，以幫助進(jìn)行短而直接的布線。

滿足所有這些信號(hào)和電源完整性需求將需要對(duì)PCB組件進(jìn)行一些創(chuàng)造性的布置。為了獲得最佳的信號(hào)和電源布線，其中一些部件可能最終必須以奇數(shù)角度而不是通常的90度增量進(jìn)行定向。關(guān)鍵是在開(kāi)始放置電路板之前，先與您的制造商聯(lián)系，以了解他們能做什么和不能做什么。

組件放置在不同的方向上，以保持走線盡可能短

可制造性和PCB組件方向

可制造性（DFM）規(guī)則設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高PCB制造效率。這將減少錯(cuò)誤和時(shí)間，從而減少開(kāi)支。一些公司對(duì)電路板設(shè)計(jì)施加了嚴(yán)格的限制，以使所有無(wú)源組件的方向保持一致。這樣可以最大程度地減少組裝過(guò)程中旋轉(zhuǎn)這些較小零件所需的時(shí)間。盡管這似乎是一個(gè)小問(wèn)題，但在構(gòu)建數(shù)千個(gè)板時(shí)會(huì)加起來(lái)，每個(gè)板上都有數(shù)百個(gè)這些無(wú)源組件。這是設(shè)計(jì)人員應(yīng)牢記的其他一些有關(guān)組件方向的基本制造規(guī)則。

自動(dòng)化組裝

• 波峰焊：小心地將較小的兩腳組件的方向垂直于波峰通過(guò)的電路板方向。這樣，兩個(gè)引腳將被均勻地焊接。另外，請(qǐng)注意將較高的組件放置在較高的組件上，以使較小的組件進(jìn)入波浪中。較高的組件可能會(huì)遮蓋較小的組件，并阻止其完全焊接。

• 回流焊：回流焊的主要問(wèn)題是如何加熱零件。如果由于連接到一個(gè)引腳上的金屬過(guò)多而導(dǎo)致兩個(gè)引腳的組件被不平等地加熱，則該部件可能會(huì)更快地融化，從而朝另一側(cè)拉動(dòng)。這可能會(huì)導(dǎo)致組件在制造錯(cuò)誤中被豎立在一端，這種錯(cuò)誤被稱為“墓碑”。為避免這種情況，零件的方向應(yīng)有所不同，或者兩個(gè)引腳之間的金屬連接要均等。

返工和測(cè)試

技術(shù)人員需要訪問(wèn)電路板上的部件，以便在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)試和返工。如果組件的方向不是最佳，或者放置在難以到達(dá)的位置，這也會(huì)增加PCB制造的時(shí)間和成本。同樣，自動(dòng)化測(cè)試將需要在測(cè)試點(diǎn)和組件與測(cè)試夾具的板邊緣之間留出特定的間隙。可能需要旋轉(zhuǎn)組件才能為其騰出更多空間。

在PCB布局中考慮組件方向時(shí)，要記住很多要求。幸運(yùn)的是，您的設(shè)計(jì)工具可以為您提供很多幫助，我們將在接下來(lái)的內(nèi)容中進(jìn)行介紹。

在Cadence的Allegro PCB編輯器中設(shè)置組件放置的間隙規(guī)則

使用PCB設(shè)計(jì)CAD工具幫助放置元件

CAD工具中內(nèi)置了許多不同的功能和實(shí)用程序，可幫助您確定PCB組件的方向，例如我們之前介紹的在線圖書館服務(wù)工具。只需更改凈色或其他布局參數(shù)也可以幫助簡(jiǎn)化組件放置。對(duì)于需要在板上固定方向的零件，請(qǐng)注意限制其在放置時(shí)的旋轉(zhuǎn)能力。通?？梢允褂貌煌墓ぞ邊?shù)進(jìn)行設(shè)置。

盡可能使用設(shè)計(jì)規(guī)則和約束也很重要。完全設(shè)置好這些規(guī)則后，如果將違反間隙的零件放到另一個(gè)零件上，您將從CAD系統(tǒng)獲得在線警告。上圖顯示了如何在Cadence的Allegro PCB編輯器中為布局設(shè)置放置規(guī)則。在3D模式下查看電路板以檢查與設(shè)計(jì)中其他機(jī)械對(duì)象的間隙時(shí)，也會(huì)使用這些相同的規(guī)則。