pcb元器件自动布局【浅谈元器件的布局及布线的讲解方法】

　　“电子线路CAD”是在“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程结束后开设的专业课程，它主要是用计算机来实现电路图的制作和电子元器件的连接。学生们感兴趣的是学完它以后，可以自己制作印制线路板。在笔者教学的若干年中，有一部分学生还没有毕业，就可以使用自己制作的PCB板来组装音响等电子设备了。但由于现行教材的通病，大多数教材只是对一些英文菜单、设置项目进行翻译，介绍一些设计流程等。学生在照搬书本学习内容时容易不分知识轻重，囫囵吞枣，结果越学越累，挫伤了学习的积极性。特别是进入印制板的设计和制作阶段后，该如何正确布局和布线，传统式教学很难让学生理解教学内容。为此，笔者就印制线路板布局和布线教学中存在的一些问题谈谈自己的看法与建议。
　　
　　布局在印制线路板教学中应如何讲解
　　
　　一个印制线路板的布线是否能够顺利完成主要取决于布局，而且，布线的密度越高，布局就越重要。所有制作印制线路板的人都遇到过这样的情况：布线仅剩下几条时却发现无论如何都布不通了，而又不想飞线，于是不得不删除大量或全部的已布线，再重新调整布局。所以，合理的布局是布线成功的前提。每次在讲布局内容之前，我都要让学生牢牢地记住这样一个概念。
　　教材中关于线路板的合理布局有十二点要求，非常详细。可是，学生把这些要求背下来就一定能把电路图布好了吗？很多学生看完后仍然不知道该如何操作。
　　笔者认为一个印制线路板的布局是否合理没有绝对的判断标准。印制线路板的设计，首先从确定板的大小开始。印制线路板的尺寸因受机箱外壳的大小限制，以能恰好安放入外箱内为宜。其次，应该考虑印制电路板与外接元器件（主要是电位器、按键、插口或其他印制电路板）的连接方式。因为只有对外接元器件的规格、尺寸、面积等有完全了解，才能对附件固定，以提高耐震、耐冲击性能等（这些就要求学生需要具有一定的元器件常识）。
　　在布线方向上要掌握好，尽可能保持与原理图走线方向相一致，以便于生产中的检查、调试及检修。要使各元件排列和分布合理、均匀，力求整齐、美观，并且结构严谨，按一定顺序方向进行布线。
　　对于具体的元器件，主要是注意电位器的安放位置，它应尽可能放在板的边缘，旋转柄朝外。在电路板尺寸有限的情况下，电阻、二极管的放置还可以采用竖放的放置方式，这样比常规的平放要节约很多空间。IC座上定位槽放置的方位要正确，并注意各个IC脚位是否正确。例如，1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。进出接线端布置时其相关联的两引线端不要距离太大，并且尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散，元件脚间距要合理。把学生比较熟悉的电子元器件作为引子讲解好，学生就很好理解了。课后我在征求学生意见时，多数学生反映都容易理解，这为学习后续内容奠定了良好的基础。
　　
　　不要忽视飞线在布局中的作用
　　
　　当印制线路板上元器件的位置已经基本确定后，学生就开始进行布线操作了。可问题是，学生放置的元器件图形是一样的，但布线后，他们的元件布线图有的好，有的却极为复杂。
　　这是为什么呢？原因是，当一个封装的位置发生变化时，其飞线的起始点和终止点一般也会发生变化，元件最终位置的确定，还需要通过移动、旋转、整体对齐等操作。这就要让学生学会依靠观察屏幕显示的飞线是否简捷、有序和长度是否最短来进行元器件的调整。
　　在整板范围内快速移动一个封装，如果与这个封装连接的飞线不发生大的变化，说明与这个封装引脚连接的网络中结点数少，近于一一对应的连接，这个封装的位置不能任意放置。如果与这个封装连接的飞线变化比较大，说明与这个封装引脚连接的网络中结点数多，这个封装不一定非固定放置在某个位置，可以按照其他一些判别准则（如布局是否合理、美观等）找到该封装的相对最佳放置位置。
　　如果一个封装不论怎样移动位置与某几个封装间的飞线连接关系都始终不变，就说明这个封装与这几个封装之间具有较强的约束关系，应该优先放置在这几个封装的重心或相对接近重心的位置。如果一个封装移动位置时飞线可以不断变化，即总能就近找到连接结点，说明这个封装与其他所有封装之间具有较弱的约束关系，这个封装的位置就可以比较灵活。这些很实用的判别方法，教材上却没有指出。在课堂中我给学生指出这一关系后，他们都感到易于理解，做出来的布线图也比较合理了。
　　
　　印制线路板中常用的手工―自动―手工的布线方法
　　
　　在完成了线路板上元器件的布局之后，学生就可以开始进行线路板的布线了。为了省事，绝大部分学生都采用直接自动布线的方法，在电路布局好后自动布线的布通率都能达到100%。但是，笔者认为常用的布线步骤还是按照手工预布线―自动布线―手工布线的顺序最好。
　　在自动布线之前，先预先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求。还有输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰等，这些就需要学生们具备较多的电路设计知识了。
　　当手工预布好线并进行自动布线后，学生们会发现自动布线依然存在缺陷，如连线拐弯多、走线过长、不美观等，使布线显得很凌乱。笔者认为自动布线结束后还需要进一步使用手工调整布线，才能获得一块较完美的、满足电磁兼容性要求的印制线路板。手工调整布线的目的就是重新调整走线方向，使布线尽可能合理（如满足电磁兼容性要求、连接长度短）。手工调整布线是电路设计中较难掌握的技巧之一，它是线路板设计技术和经验的集中体现，即使经过了多次调整，依然可能会存在不尽合理的走线。而作为初学者的学生，一般手工布线时应注意地线处理，避免交叉和简单走线。
　　对于地线必须严格按高频→中频→低频、一级级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便乱接，级与级间宁可接线长点儿，也必须遵守这一原则。同一级电路的接地点应尽量靠近，本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，以防止产生自激。而印制导线的公共地线，应尽量布置在印制线路板的边缘部分，接地和电源的图形应尽可能与数据的流动方向平行，这是提高抑制噪声能力的秘诀。
　　对可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决，即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或者从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。在特殊情况下如果线路很复杂，为简化设计也允许使用少量导线跨接。
　　导线中阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些。因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号，引起电路不稳定。在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺序要求走线，力求线条简单明了。
　　在教学中，我把自己的理解与方法同学生分享，先让学生运用多种能力自行解决，到后面再由老师示范操作和点评，这样学生就能有目的地去学习。当学生发现自己也能制作出一块漂亮的电路板时，学习积极性自然提高上去，从而主动完成学习。