一、概述

        大联大世平集团针对电动自行车的电池保护系统 BMS，推出基于国民技术 N32L406 和 JOULWATT JW3376 AFE + JW3330 驱动方案。这款 BMS 主要功能有：过压/欠压保护、高/低温保护、断路保护、过流保护，支持单体采集电压、高边保护和被动均衡功能。

        此篇文章主要就是总结关于此方案的布局和布线的一些心得。用到的工具是 PADS Layout VX.1.2 。主要说明了在 Logic 中发送网表到 Layout 之后，对于零散的元件如何实现合理的布局，又如何考虑到间隔的空隙是否能通过导线，这个导线是什么宽度，都要留出空位。对于元件的高度、元件的对齐、需要散热和大电流的电路需要考虑好布线需要的空间，按照原理图的顺序进行摆放，晶振的摆放，滤波电容靠近电源管脚放等等。

二、布局

1. 遵照“先大后小，先难后易”的布局原则先把封装比较大的元件先摆放，把同一模块的元器件摆放在一起。依照电流的方向，把相同网络的管脚靠近摆放, 这里可以看它的飞线（也就是还未连线时元件之间相互连接的那条灰色的线），尽量的不要有交叉的地方。

  
                                                                                       图 1

        如图 1 比如这个电阻 R3 和 R4 同属于 TB_1 的网络，那么两个管脚尽可能的挨在一块。

2. 布局中应参考原理框图，根据 PCB 板的信号流向规律安排主要元器件，模块化布局。

                                                                                图 2

可以看到框图（图 2 ）中是 MOS 是先经过 JW3330 之后再到 JW3376 ，那么 JW3330 就放在 JW3376 和 MOS 的中间，如下图 3：


                                                                          图 3

3. 元器件的排列要便于调试和维修，比如 AFE JW3376 的布局是在基础的 AFE 板上叠一个 MCU 板，那么一些接插件和一些测试点就要考虑到不能放在 MCU 板的下面，不然被遮挡就无法使用。小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。如图  4，黄色框是预计的 MCU 板的板框。那么 J11、 J10、 J13 就不能放到黄色的框内，因为高度不够。

                                                        图 4

4. 由于是两块板叠层在一起，所以还需要考虑到接插件的相对位置，这里可以直接用坐标计算一下得出相对位置，还有板上的螺丝的预留部分，先做一个禁止区域，避免后期走线不小心走过去而无法使用。如图5：

                                                                                            图 5

5. 在完成板子性能的基础下，就需要考虑美观，对于相同结构的电路部分，尽可能采用 “对称式”布局，总体布局可以按照“均匀分布，重心平衡，版面美观”的标准。以每个功能单元的核心元器件为中心，围绕他来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在 PCB 上，尽量减少和缩短各元器件之间的导线和连接长度。
6. 发热元件，大电流元件一般应均匀分布，以利于散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。因为温度会影响它们的检测。这里 MOS 是通过大电流，如图 6 那样分布：

                                    
                                                                                      图 6

7. 布局应尽量满足以下要求：总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开；模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。
8. 去耦电容和滤波电容的布局要尽量靠近 IC 的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短。如图 7：

                                     
                                                                                图 7

9. 对于发热器件，比如 MOS 管，可以采取加散热片加铜箔的形式给予散热；如图  6  所示的红底黄底蓝底就是添加的铜箔。

三、布线

1. 布线优先次序

        关键信号线优先：摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。

        密度优先原则：从 PCB 板上连接关系最复杂的器件着手布线。从 PCB 板上连线最密集的区域开始布线。加宽电源、地线的宽度，它们的宽度关系是： 地线 > 电源线 > 信号线。

       2. 晶振的周围尽量禁空

        尤其是底部禁止走线；且应远离板上的电源部分，以防止电源和时钟相互干扰；设置晶振周围的禁止区域到所有层或者进行包地处理。禁止区如下图 8：

                                             
                                                                               图8

3. 避免直角走线 、锐角走线

        因为直角、锐角走线会使得传输线的线宽产生变化，造成其阻抗的不连续。如果进行直角走线，其拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间，在高速、高频中就变得尤为明显，而且其造成的阻抗不连续，还会增加信号的反射；其直角尖端还会产生 EMI 干扰。

4. 控制走线的长度

        在 PCB 布线时，应使走线长度尽可能短，减少由走线长度带来的干扰问题。当某些系统对时序要求严格时，要求差分走线让走线尽量等长，需对 PCB 的走线长度进行调整，以满足信号在接收端同步，调整走线与其他走线调整到等长。

        

5. 关于走线宽度             

        下图 9 是铜厚、线宽、和电流的关系对照表如下图，再已知 1mil=0.0254mm ，那么 8mil 约等于 0.2 mm 对应表可知可通过 0.55 A 的电流。  

                                                                              

                                                                          图 9：来自参考资料 [1]

四、总结

        在 PCB 布局之后以及 PCB 布线之前，需要先做一个工作：先设置→设计规则→默认→安全间距，设置对应的布线所需要的安全间距。当设置好这些规则之后在 PCB Router 里进行拉线的时候就会有提示，并且有安全间距问题的线是会被系统自动修正的，所以一定要设置好安全间距。走线尽可能短，尽量少拐弯。后面调整丝印的时候不要让需要印刷在 PCB 上的标识或文本编号放到焊盘和过孔上。调整完之后先进行覆铜再验证设计，验证设计分别检查连接性和安全间距，根据提示来修改错误。

五、参考资料

[1] 阿莫电子论坛——请教 PCB 的线粗细与电流的关系

[2] IT百科—— PCB 设计布局规则及设置技巧

[3] 搜狐——猎板网 元器件布局的 10 条规则