為什么PCB上組件的位置很重要？

在低頻下，電子部件在電路板上的布置可以非常自由和容易地進行。最終設(shè)計和散熱是唯一需要監(jiān)控的關(guān)鍵點。然而，在高頻下，組件的位置至關(guān)重要，即使在電氣上有效，錯誤的定位也會損害整個系統(tǒng)的功能。

組件在電路板上的位置是任何項目的重要組成部分。許多工程師經(jīng)常嘗試?yán)@過此階段，以便首先解決可能更重要的問題。

在高頻下，仔細放置元件非常重要，因為這對于優(yōu)化信號路徑和改善電路操作至關(guān)重要。電路板上組件的最佳放置不再僅僅由電子學(xué)中嚴(yán)格的理論規(guī)則來定義。強大的程序使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建高度復(fù)雜的電子電路，從而使這一決定變得更加容易。

更通用的規(guī)則應(yīng)與縮短關(guān)鍵路徑的長度，主電路和控制電路之間的物理隔離以及模擬部分和數(shù)字部分之間的區(qū)別有關(guān)。仔細的布局有助于提高電路的效率，并減小其尺寸。

高頻元件的定位

如果電信號超過1 MHz的頻率，則系統(tǒng)可能變得至關(guān)重要，尤其是在電氣和電子組件（尤其是電容和電感組件）的位置方面。組件即使彼此電連接，其行為也取決于它們的布置，形狀和電連接的大小。有時將電容器或線圈移動幾厘米就足以完全改變電路板的性能。無線電發(fā)射器和接收器，RF放大器和其他在高頻下運行的設(shè)備就是這種情況。請記住，當(dāng)這些信號處于MHz量級時，信號會離開電路并傳播到外部。甚至接線和連接的微小變化都會（正面或負面地）影響設(shè)備的運行。

圖1顯示了使用小型高頻電路的這種敏感性。特別是在這種電路和解決方案的情況下，接地點應(yīng)放置在靠近組件的位置，以避免形成會損害HF系統(tǒng)正常功能的長信號線。電子組件的連接距離不應(yīng)太遠，尤其是在接地點，因為很容易發(fā)生不希望的自然振蕩。相反，如果可能，組件應(yīng)連接到單個接地層。

圖1：在高頻電路中，接地平面的面積必須非常有限，并且與其相連的組件應(yīng)盡可能靠近在一起。

調(diào)諧和放大元件之間的連接必須非常短，特別是如果工作頻率超過8-10 MHz。對于高頻LC電路，盡管電連接保持不變，但電感器相對于電容器的物理旋轉(zhuǎn)有時會完全改變電路的效率（見圖2）。

圖2：在高頻情況下，電抗性組件電連接是不夠的，但是必須正確布置它們。

放置用于散熱的組件

優(yōu)化印刷電路板和放置電子元件始終是一項艱巨而艱巨的任務(wù)（見圖3）。通常，連接各種元件（電阻器，電容器，電感器，集成元件等）的導(dǎo)電路徑必須非常短，并且設(shè)備必須非常靠近。如果您主要在高頻下工作，這是正確的。但是，減小連接長度可能會導(dǎo)致熱問題，從而導(dǎo)致局部加熱不均勻，并導(dǎo)致乍一看無法理解的缺陷。在這些情況下，最好將組件和熱通道平行放置在板上?，F(xiàn)代方法提供了確定最佳組件位置的快速方法，從而實現(xiàn)了均勻的熱流分布。由此帶來的好處是整個系統(tǒng)的熱性能更好。

圖3：工作溫度測量和熱模擬有助于正確定位電子元件。

使用方程式來解決問題的純粹科學(xué)方面也很有用。阿為每個單獨的元件的性能的數(shù)學(xué)模型被認為是，其描述了在電子電路基板上的空氣的溫度。電路板由帶有熱敏元件的柵格組成，這些元件會產(chǎn)生熱量，但同時通過對流的強制冷空氣冷卻。這些模型提供了組分和空氣溫度的方程式。線性數(shù)學(xué)模型通常會產(chǎn)生出色的結(jié)果。

組件的放置和遺傳算法

隨著人工智能的出現(xiàn)，電子行業(yè)也參與其中。遺傳算法集成在一起，可以優(yōu)化電子元件的位置，尤其是評估操作過程中的熱量（見圖4）。首先，將它們放在表面上并通過強制氣流對流進行冷卻。熱模型是二維的。因此，該算法通過遵循各種熱標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化位置和距離。在下一階段，遺傳算法用于優(yōu)化電子元件在電路板上的位置，這一次是使用三維熱模型。對于這種類型的優(yōu)化，軟件將執(zhí)行數(shù)百萬個排列和組合，直到找到最佳排列。

圖4：遺傳算法對于優(yōu)化電路板上組件的位置非常有幫助。