PCB布線經(jīng)驗法則

今天，仍然有一些 20 年前常見的 PCB 布線經(jīng)驗法則。 它們是否仍被廣泛觀察和應(yīng)用？ 確切的答案是“也許”。 PCB 設(shè)計論壇中關(guān)于遵守/避免布線的一些規(guī)則使 PCB 設(shè)計人員能夠在可能不適用的地方遵守或忽略這些規(guī)則。 在某些情況下，這不一定會導(dǎo)致電路板設(shè)計失敗。 正如一些經(jīng)驗豐富的PCB設(shè)計人員所說，電路板能夠正常工作只是偶然。

關(guān)于 PCB 設(shè)計經(jīng)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(yīng)用相關(guān)性，這也使得論壇中提到的討論時長規(guī)則。 本文希望弄清楚這些規(guī)則適應(yīng)的場景，什么時候適用不同的規(guī)則，什么時候避免準(zhǔn)確解釋。

PCB布線中的通用經(jīng)驗法則

1.垂直布線

垂直布線的規(guī)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?dāng)_。 在高頻信號中，電容耦合產(chǎn)生的串?dāng)_是主要成分，它在垂直引線之間產(chǎn)生電流尖峰。

當(dāng)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(chǎn)生空穴諧振，而沒有被地線包圍的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)會在一些特殊頻點產(chǎn)生電磁諧振。 這時，即使引線是垂直的，它們之間也會產(chǎn)生強烈的串?dāng)_。

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(xiàn)代高速信號變化的應(yīng)用中尤為重要。 當(dāng)您不確定正交線之間的耦合強度時，您需要使用基本的串?dāng)_仿真軟件檢查垂直引線，看它們之間的串?dāng)_是否在噪聲容限范圍內(nèi)。 此時就需要規(guī)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(jīng)典的“遵守/避免”規(guī)則，經(jīng)常引起爭議。 一些PCB設(shè)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(dǎo)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(shè)計。

3.直角接線

這個 PCB 布線規(guī)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(shè)計人員堅持認(rèn)為，任何時候由于各種原因布線不能轉(zhuǎn)直角。 例如，他們說電子在引線中運動時很難轉(zhuǎn)直角，但他們并不認(rèn)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(zhuǎn)角可以減少引線長度，所有直角轉(zhuǎn)彎布線都需要倒角。 也有說直角轉(zhuǎn)彎會在電路板的酸性蝕刻液中產(chǎn)生酸性蝕刻陷阱，這在現(xiàn)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(dá)/5G通信）電路，否則不用擔(dān)心引線轉(zhuǎn)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(nèi)置電磁場求解功能的PCB設(shè)計軟件，將使您的布線更加容易。

4.“3W”法則

即，三個接線經(jīng)驗法則。 “3W規(guī)則”的第一個版本是說，相鄰兩根引線之間的間距應(yīng)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(guī)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(guī)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(guī)則的另一種版本是指在使用鋸齒形布線進(jìn)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(xù)性。

5.“20H”法則

該規(guī)則定義了 PCB 中地線層和電源層之間的重疊距離。 在現(xiàn)代PCB設(shè)計中，電源需要布設(shè)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(jié)果會發(fā)現(xiàn)結(jié)果很復(fù)雜。 一些時間結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)名稱可以通過在 300MHz 下遵循 20H 規(guī)則來減少電磁輻射。 但地線與供電層之間會產(chǎn)生高頻諧振。 它們的結(jié)構(gòu)類似于波導(dǎo)，會加劇線路間的高頻干擾。

所以在實際應(yīng)用中，如果你的電路頻率在GHz以內(nèi)，可以遵循20H規(guī)則，否則，20H規(guī)則可能會帶來更差的結(jié)果