第八章 PCB布局与布线本章要点： 1、PCB布局、布线基本原则。 2、PCB自动布局、手工布局及调整。
3、PCB自动布线、手工布线及调整。 4、覆铜设计。教学目标： 1、了解PCB布局布线的基本规则。
2、初步掌握PCB元件引脚封装的更改方法。 3、初步掌握低频板的布局布线规则。 4、掌握主要布线规则的设置方法以
及自动布线的操作方法。 8.1 PCB布局布线基本原则元件放置完毕，应当从机械结构、散热、电磁干扰及布线的方便性等方面综合考虑元件
布局，可以通过移动、旋转和翻转等方式调整元件的位置，使之满足要求。再布局是处理要考虑元件的位置外，还必须调整好丝印层上文字符号的位
置。元件布局是将元件在一定面积的印制板上合理地排放，它是设计PCB的第一步。布局是印制板设计中最耗费精力的工作，往往要经过若干次布
局比较，才能得到一个比较满意的布局结果。印制线路板的布局是决定印制板设计是否成功和是否满足使用要求的最重要环节之一。8.1.1布局
规则1.元件排列原则(1)遵循先难后易，先大后小的原则，首先布置电路的主要集成块和晶体管的位置。(2)再通常条件下所有元件均应布置
在印制板的同一面上，只有在顶层元件过密时，才将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻，贴片电容、贴片IC等放在底层，如图8-1
所示。图8-1印制板双面布局示例(3)在保证电器性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求其整齐、美观，一般情况下
不允许元件重叠，元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。(4)同类型的元件应该在X或Y方向上一致，以便于生产和调试，具有相同结构的
电路应尽可能采取对称布局。（5）集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚，以高频最靠近为原则，是之与电源和地之间形成回路最短。潘璐
电容应均匀分布在集成电路周围。（6）元件布局时，使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起，以便于将来的电源分割。（7）某些元件或导线
之间可能存在较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免因放电、击穿引起意外短路。带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（
8）位于板边缘的元件，一般距板边缘至少2个板厚。（9）对于四个引脚以上的元件，可以进行翻转操作，否则将导致该元件安装插件是引脚号不
能一一对应。（10）双列直插式元件相互的距离要大于2毫米，BGA与相临元件距离大于5毫米，阻容等贴片小元件相互具体大于0.7毫米，
贴片元件焊盘外侧与相临铜孔式元件焊盘外侧要大于2毫米，压接元件周围5毫米不可以放置插装元器件，焊接面周围5毫米内不可以放置贴片元件
。（11）元器件在整个板面上分布均匀、疏密一致、重心平衡。2.按照信号走向布局原则（1）通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元
的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局，尽量减小和缩短器件之间的引线和连接。（2）元件的布局应便于信号流通，使信号
尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入输出端之间相连的元件应当放在靠近输入输出接插件或连接器
的附近。3.可调节元件、接口电路的布局 对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构
要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在外壳面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制板上能够方便调节的地方。接口电路应置于
板的边缘并与外壳面板上的位置对应。4.防止电磁干扰（1）对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应脚灵敏的元件，应加大他们相互之间的距
离或加以屏蔽，元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。（2）尽量避免高低电压器的相互混杂、强弱信号的器件交错布局。（3）对于会产生
磁场的元器件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件的磁场方向应相互垂直，减少彼此耦合。（4）
对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应良好接地。（5）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间分布参数的影响。（6）对于存在大电流的器件，一般在布
局时靠近电源的输入端，要与小电流电路分开，并加上去耦电路。5.抑制热干扰（1）对于发热的元件，应优先安排在利于散热的位置，一般布置
在PCB的边缘，必要时可单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元器件的影响。（2）一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等
元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。（3）热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热元件影响，引起
误动作。（4）双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。6. 提高机械强度（1）要注意整个PCB的重心平衡与稳定，重而大的元件尽量安
置在印制板上考进固定端的位置，并降低重心，以提高机械强度和耐振、耐冲击能力，以减少印制板的负荷和变形。（2）重15克以上的元件，不
能只考焊盘来固定，应当使用支架或卡子加以固定。（3）为了便于缩小体积或提高机械强度，可设置“辅助底板”，将一些笨重的元件，如变压器
、继电器等安装在辅助底板上，并利用附件将其固定。（4）板的最佳形状是矩形，板面尺寸大于200x150mm时，要考虑板所受的机械强度
，可以使用机械边框加固。（5）要在印制板上留出固定支架、定位螺孔和连接插座所用的位置，在布置接插件时，应留有一定的空间使得安装后的
插座能方便的与插头连接而不至于影响其它部分。8.1.2 布线规则 布线和布局是密切相关的两项工作，布局的好坏直接影响着布线的布
通率。布线受布局、板层、电路结构、电性能要求等多种因素影响，布线结果又直接影响电路板性能。进行布线时要综合考虑各种因素，才能设计出
高质量的PCB，目前常用的基本布线方法如下。直接布线。传统的印制板布线方法起源于最早的单面印制线路板。其过程为：先把最关键的一根或
几根导线从起点到终点直接布设好，然后把其它次要的导线绕过这些导线布下，通用的技巧是利用元件跨越导线来提高布线率，布不通的线可以通过
顶层短路线解决，如图8-3所示。X-Y坐标布线。X-Y坐标布线指布设在印制板一面的所有导线都与印制线路板水平沿平行，而布设在相邻一
面的所有导线都与前一面的导线正交，两面导线的连接通过过孔实现，如图8-4所示。布线板层选用印制布线可以采用单面、双面或多层，一般应
首先选用单面，其次是双面，在仍不能满足设计要求时才考虑选用多层板。2. 印制导线宽度原则（1）印制导线的最小宽度主要有导线与绝缘基
板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1-1.5mm时，通过2A电流，温升不高于3℃，因此一般选用
导线宽度在1.5mm左右完全可以满足要求，对于集成电路，尤其数字电路通常选0.2-0.3mm就足够。当然只要密度允许，还是尽可能用
宽线，尤其是电源和地线。（2）印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因此短而宽的导线对于抑制干扰是有利的。（3）印制导线
的线宽一般要小于与之相连焊盘的直径。3. 印制导线的间距原则 导线的最小间距主要有最坏情况下线间绝缘电阻和击穿电压决定。导线
越短，间距越大，绝缘电阻就越大。当导线间距1.5mm时，其绝缘电阻超过2M，允许电压为300V；间距1mm时，允许电压200V，一
般选用间距1-1.5mm完全可以满足要求。对集成电路，尤其数字电路，只要工艺允许可使间距很小。4. 布线优先次序原则密度疏松原则：
从印制板上连接关系简单的器件着手布线，从连续最疏松的区域开始布线，以调节个人状态。核心优先原则：例如DDR、RAM等核心部分应优先
布线，信号传输线应提供专层、电源、地回路，其它次要信号要顾全整体。关键信号优先：电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号灯关
键信号优先布线。5. 信号线走线一般原则 （1）输入、输出端的导线应尽量避免相邻平行，平行信号线之间要尽量留有较大的间隔，最好
加线间地线，起到屏蔽的作用。 （2）印制板两面的导线应相互垂直、斜交或弯曲走线；在布线密度较低时，可以加粗导线，信号线间距也可以
适当加大。 （3）尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门布线层，并保证其最小的回路面积。6. 地线布设原则 （1
）一般讲公共地线布置在印制板的边缘，边缘印制板安装在机架上，也便于与机架相连接。 （2）在印制电路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，
这样传输特性和屏蔽作用将得到改善，并且起到减少分布电容的作用。地线不能涉及成闭合回路，低频电路中一般采用单点接地，高频电路中应就近
接地，而且采用大面积接地方式。 （3）印制板上若有大电流器件，它们的地线最好要分开独立走。 （4）模电与书店的电源、地线应分开布线
，这样可以减小模电与数电之间的相互干扰。如图8-5所示。 （5）环路最小原则，及信号线与地线回路构成的环面积要尽可能小，环面积越
小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。如图8-6所示。8.2 PCB布局布线及调整为了更好的了解布局布线规则，学习PCB布局
布线，本章将通过“电子镇流器”PCB设计进行介绍。在进行PCB板制作之前，必须先绘制好原理图并确定何时的引脚封装。图8-7电子镇流
器电路原理图8.2.1绘制原理图 电子镇流器的原理图如图8-7所示，具体绘制过程请参考前几章。读者先新建项目“电子镇流器.PrjP
CB” ，并新建原理图文件“电子镇流器.SchDoc”，添加常用的集成元件库Miscellaneous Devices.IntLi
b和常用插件集成库Miscellaneous Connectors.IntLib，利用前面几章介绍的原理图绘制技能绘制图。8.2.
2 确定合适的元件封装图8-7中的扼流圈L3、高频振荡线圈N1和2D灯管L4在原理图元件库中找不到，需要自行设计元器件图形，如图8
-8和8-9所示。2D灯管的原理图元件如图8-10所示，与四个焊盘进行连接即可，该器件无需封装。 电容C1、C2是电解电容，
体积较大，可以采用“RB7.6-15”封装，而电容C3-C8都是耐压值较大的无极性电容，我们都选用“RAD-0.3”封装，其他二极
管等常规元件均采用默认封装即可。8.2.3 更改元件引脚封装 在PCB设计中，经常会出现元件引脚封装不合适或个人不太喜欢默认
封装的情况，下面以原理图电解电容C1元件引脚更改为例，讲解如何更改元件引脚的封装。打开元件属性对话框打开原理图文件，双击电解电容C
1，打开C1的元件属性对话框，如图8-11所示，选中图中【Models List for VR1-Volt Reg】模型栏中的【
Footprint】封装模型双击。图８－１１更改电解电容Ｃ１元件封装２．浏览封装库选定新封装 弹出如图8-12所示添加封装对话
框，单击[浏览]按钮，弹出封装库浏览对话框如图8-13所示，单击[浏览]按钮，弹出封装库浏览对话框如图8-14所示，在[库]下拉列
表中选择“vices.IntLib [Footprint View]”，并浏览选择电解电容C1的封装“RB7.6-15”，单击确认
按钮，回到图8-15所示的属性设置对话框，可以看到已经更改好的封装设置，单击确认按钮完成封装设置。图8-13 添加封装对话框
图8-14 封装库浏览对话框图8-15电解电容C1封装已经更改8.2.4 通过网络表
装载元件和网络。规划PCB新建并保存PCB文件“电子镇流器.PCBDOC”。设置单位制为Metric（公制）；设置可视化网络1、2
为1mm和5mm;捕获网格X、Y，器件网格X、Y均为0.5mm。执行菜单【设计】，设置显示可视网格1（Visible Grid1）
。执行菜单【编辑】，定义相对坐标原点。用鼠标单击工作区下方的标签，将当前工作层设置为Keep-out Layer，执行菜单【放置】
进行边框绘制，从坐标原点开始绘制一个的闭合边框，以此边框作为电路板的尺寸，如图8-16所示，此后元器件布局和布线都要在此框内进行。
执行菜单【设计】沿边框重新定义板子形状。2. 从原理图加载网络表和元器件封装到PCB （1）打开“电子镇流器.SCHDOC”,执
行菜单【工程】，编译原理图并修改错误。 （2）设置Miscellaneous Devices .IntLib 和自制的封装库PCB
LIB1.PCBLIB为当前库。 （3）在原理图编辑器中执行菜单【设计】，屏幕弹出“工程更改程序”对话框，显示更新对象和内容，单击
【生成更改】按钮，系统将检查变化是否正确有效，正确的更新在检查栏内显示“”符号，不正确的显示“”符号。（4）单击【执行更改】按钮，
系统将接受工程变化，将元器件封装和网络表添加到PCB编辑器中，并在对话框显示当前的错误信息，如图8-17所示。图中有6个与L4有关
的错误信息，如”Footprint Not Found”,对应元器件时L4，原因是L4（2D灯管）在原理图中没有设封装，此错误可以
忽略，PCB设计师增加4个焊盘用于连接灯管。图8-17 执行更改载入个封装元件和网络连接8.2.5 PCB元件布局及调整。
装载元件后如图8-18所示，元件分散在边框之外，此时可以通过Room空间布局方式将元器件移动到规划的边框中，然后通过手工调整的方
式将元器件移动到适当的位置。通过Room空间移动元件用鼠标左键点住“电子镇流器”Room空间，将Room空间移动到电器边框内。执行
菜单【工具】，移动光标之Room空间点击单击鼠标左键，元器件将自动按类型整齐排列在Room空间内，单击鼠标右键结束操作，此时屏幕上
会有一些画面残缺，可以执行菜单【查看】【更新】刷新画面。图8-18 装入电路板的PCB封装元件手工调整布局 Room空间排列后
，选中Room空间，按键将其删除。 手工布局就是通过移动和旋转元器件，根据信号流程和布局原则将元器件移动到合适
的位置，尽量减少元器件间网络飞线交叉，一般优先考虑电路中的核心元件和体积较大的元件。 用鼠标左键点住元件不放，拖动鼠标移动元件
，移动中按<空格>可以旋转元器件，一般不进行元件翻转。以免造成引脚无法对应。 为了能快速完成布局，一般可以根据原理图器件布局逐
一选中元件进行布局。可以同时打开原理图与PCB文件垂直分离如图8-19所示，然后在原理图文件从左向右，自上而下的顺序依次选中几个元
件，比如可以先选中FB1和L0，见图8-20所示，则镇流器PCB文件中会有对应元件被选中，然后在PCB文件中依次点击菜单【工具】，
出现十字符号，在相应的空区域绘制一个矩形框，对应元件就会自动排列，见图8-21所示。再依次选中原理图四个二极管，在PCB文件中选择
在矩形区域内排列，此次布局后续元器件，最终完成布局，见图8-22所示。图8-19 文件垂直分离界面图8-20 原理图中选中要布局的
元件 图8-21 用“在矩形区域内排列”功能布局元件手工布局调整后的PCB如图8-22所示，图中在机械层上有外框的封装具有3D模型
（如C1、C2），无外框的封装只有2D模型。 图中填了6个独立焊盘，左侧2个用于电源输入，上方4个用于连接灯管。布局结束，执
行菜单【查看】屏幕显示该PCB的3D模型，如图8-23所示。图8-23 PCB布局3D图图8-22 手工完成的PCB布局8.2.
6 设置自动布线规则 元件布局完成后就可考虑布线了。布线也有两种方式，自动布线和手工布线。自动布线方便快捷，但不一定满足电气特
性方面的要求。手工布线要求布线者具有较丰富的实际经验，且工作量较大，耗时多。所以一般也采用二者结合的方法，先进行自动布线，然后手工
修改不合理的导线。 如果采用自动布线，必须首先设置好布线规则，然后PCB编辑器才能按照预设的布线规则自动完成导线的绘制，具体步骤
如下。选择PCB编辑器测量单位，可以使用键盘上的【Q】键，没按一次【Q】键，测量单位就在【mil】和【mm】之间切换，可以在屏幕的
左下角看到当前的测量单位，如图8-24所示。执行【设计】菜单指令，出现如图8-25所示的规则和约束编辑器，单击左边栏中【Routi
ng】项下展开来的倒下宽度等几项具体的布线规则，如图8-26所示。图8-25 PCB规则和约束编辑器图8-26 布线规则设置对话
框3.设置导线线宽规则在上图所示的布线规则对话框中展开【With】对话框，如图8-27所示，【where the object m
atches】选项默认【all】，即对所有导线有效。导线宽度默认值为10mil，如果合适，可不必修改。图8-27 设置一般导线宽度
4.设置布线层面规则在图8-26所示的自动布线规则设置对话框中，展开【Routing Layers】布线层面选项，将弹出如图8-2
8所示的布线层面设置对话框，在【where the object matches】选项默认【all】，即对全部对象有效。【激活的层
】有【Top Layer】顶层和【Bottom Layer】底层两个信号层可供选择，勾选后面的复选框表示选择该层面。默认情况下全部
处于勾选状态，表示制作双面板。完成各项设置后，单击【确认】按钮，关闭设计规则设置对话框。 5.自动布线 在一次完成了前面任务的设
计以后，就可以启动自动布线了。执行菜单【自动布线】菜单命令，弹出自动布线策略设置对话框如图8-29所示。图8-29 自动布线策略设
置对话框单击【Rout All】所有导线按钮，将启动自动布线过程，本例中元件较少，布线速度快。自动布线结束后，将可看到本例自动布线
结果图，如图8-30所示。图8-30 电子镇流器自动布线图8.2.7手工布线及调整设置连接交流电源及灯管的焊盘网络本例中为连接交
流电源和灯管设置了6个独立焊盘，为顺利进行连接，必须将焊盘的网络设置成预支相连的元器件焊盘的网络。由于用户绘制原理图的方式不同，元
器件的网络可能不同，网络的设置必须参考实际原理图进行。本例中连接交流电源的2个焊盘网络分布为NetFB1_1和NetVD3_1，连
接灯管的四个焊盘网络依次为NetC8_1、NetC4_2、NetC8_2、NetL3_2，为了顺利进行连接，必须将航拍的网络设置成
预支相连的元件焊盘的网络，由于每个人绘制原理图的方式不同，元件的网络可能不同，网络的设置必须参考实际原理图进行。双击焊盘，屏幕弹出
焊盘属性对话框，如图8-31所示，单击“网络”下拉列表框，在其中选择需要设置的网络，单击“确认”按钮完成设置。图8-31设置焊盘网
络尺寸2.设置布线规则与手工布线布线前检查网络飞线是否正确，本例中还需为L0和L3的另外连个引脚添加网络，网络与其封装同排的焊盘网
络相同。执行菜单【设计】选中【Routing】选项下的【Width】设置线宽限制规则，设置布线最小宽度为1mm、最大宽度为2mm，
其它为1mm。在连线过程中，有事会出现连线无法从焊盘中央开始，可以将捕获网格减小到0.25mm。本例中连线转弯要求采用45°或圆弧
进行，可以在连线过程中按键盘上的+<空格>键进行切换，在布线过程中可能出现元器件之间的间隙不足，无法穿过所需的连线，
此时可以适当微调元器件的位置以满足要求。3.编辑焊盘尺寸如图8-14中，焊盘尺寸大小不一，需要进行调整。如果需要调整的焊盘数量较少
，可以双击焊盘，直接修改焊盘的“X-Size”和“Y-Size”即可；如果需要修改的焊盘数量比较多，则可以通过全局修改的方式进行。
本例中将焊盘的“X-Size”和“Y-Size”修改为2.5mm。修改焊盘后可能出现间距过小的警告，焊盘和连线将高亮显示，
此时可微调元器件位置并重新连线以消除警告。图8-32 完成手工布线后的PCB 完成手工布线的PCB如图8-32所示，图中比
较粗的连线上显示有当前连线的网络，若要查看细线上的网络，可以按键盘上的键放大屏幕即可在连线上显示网络信息。4.
设置3D状态下显示连线 由于系统默认3D状态的“底层阻焊层”是不透明的，故在3D状态下看不见底层的连线，如要观察3D显
示状态下的连线效果，可以在PCB处于3D显示状态下执行菜单【设计】【板层颜色】，屏幕弹出图8-33所示的【视图配置】对话框，去除“
颜色和可视化”区的“底层阻焊层”的选中状态，或减小“底层阻焊层”后的不透明性，可以显示底层的连线。调整后的PCB的3D图如图8-3
4所示。图8-33视图配置对话框图8-34 调整后的PCB的3D图5.连线宽度的调整 一般PCB设计中，对于地线和大电
流线路要加粗一些，另外在空间允许的情况下也可以加粗连线。线宽调整的方法为双击连线，在弹出的对话框中修改“宽”，如图8-35所示。本
例中整流滤波电路和灯管连接电路使用2mm的连线，其它采用1mm的连线。图8-35 线宽修改对话框6. 调整丝印层文字PCB布线完毕
，要调整好丝印层的文字，以保证PCB的可读性，一般要求丝印层文字的大小、方向要一致，不能放置在元器件框内或压在焊盘上。在设计中可能
出现字符偏大，不易调整的问题，此时可以双击该字符，在弹出的对话框中减小“高”中的数值，如图8-36所示。图8-36丝印层字符标识修
改对话框8.3覆铜设计 在PCB设计中，有时需要用到大面积铜箔，如果是规则的矩形，可以通过执行菜单【放置】实现。如果不是规则的铜
箔，则执行菜单【放置】实现。下面以放置网络NetC2_2上的覆铜为例介绍覆铜的使用方法。放置覆铜将工作层切换到Bottom Lay
er，执行菜单【放置】，屏幕弹出图8-37所示的“多边形敷铜”对话框，在其中可以设置覆铜的参数，本例中放置实心覆铜，选中“Soli
d（Copper Regions）”,工作层为“Bottom Layer”，覆铜连接的网络为“NetC2-2”，连接方式为“Pou
r Over All Same Net Objects”（覆盖所有相同网络的目标）。图8-37 多边形覆铜设置对话框设置完毕单击“确定”按钮进入放置覆铜状态，拖动光标到适当的位置，单击鼠标左键确定覆铜的第一个顶点位置，然后根据需要移动并单击鼠标左键绘制一个封闭的覆铜空间，覆铜放置完毕再空白处单击鼠标右键退出绘制状态，覆铜放置的效果如图8-38所示。图8-38 放置覆铜从图中看出覆铜与焊盘的连接时通过十字线实现的，本例中希望覆铜时直接覆盖焊盘的，还需要进行覆铜规则设置。2. 覆铜连接方式执行菜单【设计】，屏幕弹出设计规则对话框，选中“Plane”选项下的“Polygon Connect”进入规则设置状态，如图8-39所示。图8-39 覆铜连接方式设置 在“连接方式”下拉列表框中选中“Direct Connect”设置连接方式为直接连接，单击“确认”按钮，屏幕弹出一个对话框提示是否重新建立覆铜，单击“Yes”按钮确认重画，重画结果如图8-40所示，从图中可以看出覆铜直接覆盖焊盘。根据需要放置其它覆铜，最早完成设计的电子镇流器PC版如图8-41所示。图8-40 直接连接的覆铜图8-41 完成设计的PCB练习题：上机任务，制作如图所示的单管放大电路PCB板，要求制作单面板，PCB板尺寸为60mm(2380mil)×40mm(1580mil)。2. 制作下图所示的稳压电源电路，要求制作单面板，PCB板尺寸为60mm(2380mil)×40mm(1580mil)。 |
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