PCB走线设计中的10个规则!

贸泽电子设计圈 2020-09-03

1、3W规则

为了减少线间串扰,应保证线间距足够大, 当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的 电场不互相干扰,称为3W规则。使用10W的间距时,可以达到98%的电场不互相干扰。
图1:3W规则可减少线间串扰


2、20H规则

由于电源层与地层之间的电场是变化的,在板的边缘会向外辐射电磁干扰,称为边沿效应。
解决的办法是将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导。 以一 个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内; 内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
图2:将电源内缩可减少边沿效应


3、五–五规则

印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板。有的时候出于成本等因素的考虑,PCB只采用双层板结构,这种情况下,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。


4、地线回路规则

环路最小规则 - 即信号线与其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。
  • 在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题;
  • 在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,且增加一些必要的孔,将双面地信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离;
  • 对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。
图3:回路环面越小,接收外界的干扰也越小


5、串扰控制

串扰(Cross Talk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用,克服串扰的主要措施是:
  • 加大平行布线的间距,遵循3W规则;
  • 在平行线间插入接地的隔离线;
  • 减小布线层与地平面的距离。



6、屏蔽保护

对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多见于一些比较重要的信号,如时钟信号,同步信号; 对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。
图4:铜轴电缆屏蔽结构设计


7、走线方向控制

即相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰 (相邻层信号不平行即可,实际情况不一定非要正交,受限于走线空间)。
考虑到空间有限时,特别是信号速率较高时,插入地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。
图5:避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向能减少层间窜扰


8、走线的开环检查规则

不容许出现浮空多余的走线,为了避免产生"天线效应",减少不必要的干扰辐射。
图6:多余的走线会产生不必要的干扰辐射


9、阻抗匹配检查规则

同一网络的布线宽度应保持一致,线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,当传输的速度较高时会产生反射,在设计中应该尽量避免这种情况。
在某些条件下,如接插件引出线,BGA封装的引出线类似的结构时,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
图7:一致布线宽度能避免线阻抗不均匀


10、走线匹配规则

在高速数字电路中,当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间(或下降时间)的1/4时,该布线即可以看成传输线,为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配,可以采用多种形式的匹配方法,所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴结构有关。
图8:多种形式的匹配方法保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配
本文转载自: CSDN博客(博主: 记得诚)
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