

PCB布線經驗法則
今天,仍然有一些 20 年前常見的 PCB 布線經驗法則。 它們是否仍被廣泛觀察和應用? 確切的答案是“也許”。 PCB 設計論壇中關于遵守/避免布線的一些規則使 PCB 設計人員能夠在可能不適用的地方遵守或忽略這些規則。 在某些情況下,這不一定會導致電路板設計失敗。 正如一些經驗豐富的PCB設計人員所說,電路板能夠正常工作只是偶然。
關于 PCB 設計經驗法則的討論并不意味著它們是正確的或錯誤的。 問題是這些討論往往缺乏應用相關性,這也使得論壇中提到的討論時長規則。 本文希望弄清楚這些規則適應的場景,什么時候適用不同的規則,什么時候避免準確解釋。
PCB布線中的通用經驗法則
1.垂直布線
垂直布線的規則是相鄰信號層的引線需要相互垂直,以減少互感引起的串擾。 在高頻信號中,電容耦合產生的串擾是主要成分,它在垂直引線之間產生電流尖峰。
當信號隨時間變化或頻率較低(小于幾GHz)時,相鄰信號層垂直布線器件的耦合電容干擾較小。 在射頻(RF)頻段(幾十GHz),引線交織產生空穴諧振,而沒有被地線包圍的導體結構會在一些特殊頻點產生電磁諧振。 這時,即使引線是垂直的,它們之間也會產生強烈的串擾。
為了消除所有頻率點的干擾,一種簡單有效的方法是在信號層之間使用多層板和隔離層。 在現代高速信號變化的應用中尤為重要。 當您不確定正交線之間的耦合強度時,您需要使用基本的串擾仿真軟件檢查垂直引線,看它們之間的串擾是否在噪聲容限范圍內。 此時就需要規劃好信號回傳路徑,這是垂直布線中的一大難題。
2.散熱通過
這是一個經典的“遵守/避免”規則,經常引起爭議。 一些PCB設計人員表示,他們從不使用散熱過孔,也從未遇到過焊接和組裝問題。 另一組堅持在每個平面連接時防止使用散熱過孔。 他們是誰?
他們的觀點適用于不同的場合。 如果手工焊接電路板,則需要提高焊頭的溫度,以補償焊錫過孔導致銅層散熱造成的焊接問題。 但是,如果使用波峰焊,則需要使用防散熱過孔,以防止器件松動、冷焊、豎起等,所以我建議您堅持使用防散熱過孔設計。
3.直角接線
這個 PCB 布線規則可能是最受喜愛和最討厭的。 時至今日,我仍然看到許多PCB設計人員堅持認為,任何時候由于各種原因布線不能轉直角。 例如,他們說電子在引線中運動時很難轉直角,但他們并不認為電路板上的所有過孔都垂直于引線。 還有一些比較靠譜的理由。 例如通過45°轉角可以減少引線長度,所有直角轉彎布線都需要倒角。 也有說直角轉彎會在電路板的酸性蝕刻液中產生酸性蝕刻陷阱,這在現在廣泛使用的堿性蝕刻液中是沒有問題的。
除非你的電路板工作在50GHz以上的高頻(涉及毫米波雷達/5G通信)電路,否則不用擔心引線轉直角的問題。 事實上,在電路板布線時,您可以使用任何您喜歡的角度來布置引線。 如果使用內置電磁場求解功能的PCB設計軟件,將使您的布線更加容易。
4.“3W”法則
即,三個接線經驗法則。 “3W規則”的第一個版本是說,相鄰兩根引線之間的間距應不小于引線寬度的三倍,以減少引線間的磁通耦合,從而減少引線間的電磁干擾。
這個規則可能會忘記引線之間的電磁耦合與引線電路的重疊面積成正比,而不是引線之間的距離; 因此減少了引線電路的重疊面積,引線間距不受3W規則的限制。 就像之前的垂直布線一樣,基本的電磁干擾仿真可以檢查不同布線間距的影響。
“3W”規則的另一種版本是指在使用鋸齒形布線進行引線長度匹配時,鋸齒形寬度需要大于或等于引線寬度的三倍,這樣可以最大限度地減少引線阻抗的不連續性。
5.“20H”法則
該規則定義了 PCB 中地線層和電源層之間的重疊距離。 在現代PCB設計中,電源需要布設在地線附近,以保證它們之間有足夠的層間電容,從而減少高速電路板上的電源波動。
但是實際測量結果會發現結果很復雜。 一些時間結果標準名稱可以通過在 300MHz 下遵循 20H 規則來減少電磁輻射。 但地線與供電層之間會產生高頻諧振。 它們的結構類似于波導,會加劇線路間的高頻干擾。
所以在實際應用中,如果你的電路頻率在GHz以內,可以遵循20H規則,否則,20H規則可能會帶來更差的結果
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