電路板的那些不得不知原則與分析

你知道電路板的那些不得不知原則與分析嗎?對(duì)于資深PCB設(shè)計(jì)工程師，是通過(guò)實(shí)踐與時(shí)間打磨出資深二字的。一塊完美無(wú)瑕的電路板不是你想想那么簡(jiǎn)單呈現(xiàn)出來(lái)的，要考慮很多方面，比如說(shuō)各個(gè)器件的兼容性、成本問(wèn)題、線(xiàn)路的導(dǎo)通、電磁干擾問(wèn)題等等都要考慮周全。下面給大家分享關(guān)于高速PCB設(shè)計(jì)規(guī)則總結(jié)及原因分析，希望能幫助到各位~

高速PCB設(shè)計(jì)規(guī)則總結(jié)及原因分析

1、PCB時(shí)鐘頻率超過(guò)5MHZ 或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns，一般需要使用多層板設(shè)計(jì)。

原因：采用多層板電路板設(shè)計(jì)信號(hào)回路面積能夠得到很好的控制。

2、對(duì)于多層板，關(guān)鍵布線(xiàn)層(時(shí)鐘線(xiàn)、總線(xiàn)、接口信號(hào)線(xiàn)、射頻線(xiàn)、復(fù)位信號(hào)線(xiàn)、片選信號(hào)線(xiàn)以及各種控制信號(hào)線(xiàn)等所在層)應(yīng)與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間。

原因：關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號(hào)線(xiàn)，靠近地平面布線(xiàn)能夠使其信號(hào)回路面積減小，減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。

3、對(duì)于單層板，關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)兩側(cè)應(yīng)該包地處理。

原因：關(guān)鍵信號(hào)兩側(cè)包地，一方面可以減小信號(hào)回路面積，另外防止信號(hào)線(xiàn)與其他信號(hào)線(xiàn)之間的串?dāng)_。

4、對(duì)于雙層板，關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)的投影平面上有大面積鋪地，或者與單面板一樣包地打孔處理。

原因：與多層板關(guān)鍵信號(hào)靠近地平面相同。

5、多層板中，電源平面應(yīng)相對(duì)于其相鄰地平面內(nèi)縮5H-20H(H 為電源和地平面的距離)。

原因：電源平面相對(duì)于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制邊緣輻射問(wèn)題。

6、布線(xiàn)層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。

原因：布線(xiàn)層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致邊緣輻射問(wèn)題，并且導(dǎo)致信號(hào)回路面積增大，從而導(dǎo)致差模輻射增大。

7、多層板中，單板TOP、BOTTOM 層盡量無(wú)大于50MHZ 的信號(hào)線(xiàn)。

原因：最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。

8、對(duì)于板級(jí)工作頻率大于50MHz 的單板，若第二層與倒數(shù)第二層為布線(xiàn)層，則TOP 和BOOTTOM 層應(yīng)鋪接地銅箔。

原因：最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。

9、多層板中，單板主工作電源平面(使用最廣泛的電源平面)應(yīng)與其地平面緊鄰。

原因：電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。

10、在單層板中，電源走線(xiàn)附近必須有地線(xiàn)與其緊鄰、平行走線(xiàn)。

原因：減小電源電流回路面積。

11、在雙層板中，電源走線(xiàn)附近必須有地線(xiàn)與其緊鄰、平行走線(xiàn)。

原因：減小電源電流回路面積。

12、在分層設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免布線(xiàn)層相鄰的設(shè)臵。如果無(wú)法避免布線(xiàn)層相鄰，應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線(xiàn)層之間的層間距，縮小布線(xiàn)層與其信號(hào)回路之間的層間距。

原因：相鄰布線(xiàn)層上的平行信號(hào)走線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_。

13、相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。

原因：投影重疊時(shí)，層與層之間的耦合電容會(huì)導(dǎo)致各層之間的噪聲互相耦合。

14、PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分遵守沿信號(hào)流向直線(xiàn)放臵的設(shè)計(jì)原則，盡量避免來(lái)回環(huán)繞。

原因：避免信號(hào)直接耦合，影響信號(hào)質(zhì)量。

15、多種模塊電路在同一PCB上放臵時(shí)，數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路應(yīng)分開(kāi)布局。

原因：避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。

16、當(dāng)線(xiàn)路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，應(yīng)該遵從高、中速電路遠(yuǎn)離接口。

原因：避免高頻電路噪聲通過(guò)接口向外輻射。

17、存在較大電流變化的單元電路或器件(如電源模塊：的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器)附近應(yīng)放臵儲(chǔ)能和高頻濾波電容。

原因：儲(chǔ)能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。

18、線(xiàn)路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置。

原因：避免已經(jīng)經(jīng)過(guò)了濾波的線(xiàn)路被再次耦合。

19、在PCB板上，接口電路的濾波、防護(hù)以及隔離器件應(yīng)該靠近接口放置。

原因：可以有效的實(shí)現(xiàn)防護(hù)、濾波和隔離的效果。

20、如果接口處既有濾波又有防護(hù)電路，應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。

原因：防護(hù)電路用來(lái)進(jìn)行外來(lái)過(guò)壓和過(guò)流抑制，如果將防護(hù)電路放臵在濾波電路之后，濾波電路會(huì)被過(guò)壓和過(guò)流損壞。

電路板設(shè)計(jì)

21、布局時(shí)要保證濾波電路(濾波器)、隔離以及防護(hù)電路的輸入輸出線(xiàn)不要相互耦合。

原因：上述電路的輸入輸出走線(xiàn)相互耦合時(shí)會(huì)削弱濾波、隔離或防護(hù)效果。

22、單板上如果設(shè)計(jì)了接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應(yīng)放臵在“干凈地”和工作地之間的隔離帶上。

原因：避免濾波或隔離器件通過(guò)平面層互相耦合，削弱效果。

23、“干凈地”上，除了濾波和防護(hù)器件之外，不能放置任何其他器件。

原因：“干凈地”設(shè)計(jì)的目的是保證接口輻射最小，并且“干凈地”極易被外來(lái)干擾耦合，所以“干凈地”上不要有其他無(wú)關(guān)的電路和器件。

24、晶體、晶振、繼電器、開(kāi)關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件遠(yuǎn)離單板接口連接器至少1000mil。

原因：將干擾會(huì)直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來(lái)向外輻射。

25、敏感電路或器件(如復(fù)位電路、：WATCHDOG 電路等)遠(yuǎn)離單板各邊緣特別是單板接口側(cè)邊緣至少1000mil。

原因：類(lèi)似于單板接口等地方是最容易被外來(lái)干擾(如靜電)耦合的地方，而像復(fù)位電路、看門(mén)狗電路等敏感電路極易引起系統(tǒng)的誤操作。

26、為IC 濾波的各濾波電容應(yīng)盡可能靠近芯片的供電管腳放臵。

原因：電容離管腳越近，高頻回路面積越小，從而輻射越小。

27、對(duì)于始端串聯(lián)匹配電阻，應(yīng)靠近其信號(hào)輸出端放臵。

原因：始端串聯(lián)匹配電阻的設(shè)計(jì)目的是為了芯片輸出端的輸出阻抗與串聯(lián)電阻的阻抗相加等于走線(xiàn)的特性阻抗，匹配電阻放在末端，無(wú)法滿(mǎn)足上述等式。

28、PCB走線(xiàn)不能有直角或銳角走線(xiàn)。

原因：直角走線(xiàn)導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射，從而產(chǎn)生振鈴或過(guò)沖，形成強(qiáng)烈的EMI 輻射。

29、盡可能避免相鄰布線(xiàn)層的層設(shè)臵，無(wú)法避免時(shí)，盡量使兩布線(xiàn)層中的走線(xiàn)相互垂直或平行走線(xiàn)長(zhǎng)度小于1000mil。

原因：減小平行走線(xiàn)之間的串?dāng)_。

30、如果單板有內(nèi)部信號(hào)走線(xiàn)層，則時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)布在內(nèi)層(優(yōu)先考慮優(yōu)選布線(xiàn)層)。

原因：將關(guān)鍵信號(hào)布在內(nèi)部走線(xiàn)層可以起到屏蔽作用。

31、時(shí)鐘線(xiàn)兩側(cè)建議包地線(xiàn)，包地線(xiàn)每隔3000mil 打接地過(guò)孔。

原因：保證包地線(xiàn)上各點(diǎn)電位相等。

32、時(shí)鐘、總線(xiàn)、射頻線(xiàn)等關(guān)鍵信號(hào)走線(xiàn)和：其他同層平行走線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足3W 原則。

原因：避免信號(hào)之間的串?dāng)_。

33、電流≥1A 的電源所用的表貼保險(xiǎn)絲、磁珠、電感、鉭電容的焊盤(pán)應(yīng)不不少于兩個(gè)過(guò)孔接到平面層。

原因：減小過(guò)孔等效阻抗。

34、差分信號(hào)線(xiàn)應(yīng)同層、等長(zhǎng)、并行走線(xiàn)，保持阻抗一：致，差分線(xiàn)間無(wú)其它走線(xiàn)。

原因：保證差分線(xiàn)對(duì)的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。

35、關(guān)鍵信號(hào)走線(xiàn)一定不能跨分割區(qū)走線(xiàn)(包括過(guò)孔、焊盤(pán)導(dǎo)致的參考平面間隙)。

原因：跨分割區(qū)走線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回路面積的增大。

36、信號(hào)線(xiàn)跨其回流平面分割地情況不可避免時(shí)，建議在信號(hào)跨分割附近采用橋接電容方式處理，電容取值為1nF。

原因：信號(hào)跨分割時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致其回路面積增大，采用橋接地方式是人為的為其設(shè)臵信號(hào)回路。

37、單板上的濾波器(濾波電路)下方不要有其他無(wú)關(guān)信號(hào)走線(xiàn)。

原因：分布電容會(huì)削弱濾波器的濾波效果。

38、濾波器(濾波電路)的輸入、輸出信號(hào)線(xiàn)不能相互平行、交叉走線(xiàn)。

原因：避免濾波前后的走線(xiàn)直接噪聲耦合。

39、關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)距參考平面邊沿≥3H(H 為線(xiàn)距離參考平面的高度)。

原因：抑制邊緣輻射效應(yīng)。

40、對(duì)于金屬外殼接地元件，應(yīng)在其投影區(qū)的頂層上鋪接地銅皮。

原因：通過(guò)金屬外殼和接地銅皮之間的分布電容來(lái)抑制其對(duì)外輻射和提高抗擾度。

41、在單層板或雙層板中，布線(xiàn)時(shí)應(yīng)該注意“回路面積最小化”設(shè)計(jì)。

原因：回路面積越小、回路對(duì)外輻射越小，并且抗干擾能力越強(qiáng)。

42、信號(hào)線(xiàn)(特別是關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn))換層時(shí)，應(yīng)在其換層過(guò)孔附近設(shè)計(jì)地過(guò)孔。

原因：可以減小信號(hào)回路面積。

43、時(shí)鐘線(xiàn)、總線(xiàn)、射頻線(xiàn)等：強(qiáng)輻射信號(hào)線(xiàn)遠(yuǎn)離接口外出信號(hào)線(xiàn)。

原因：避免強(qiáng)輻射信號(hào)線(xiàn)上的干擾耦合到外出信號(hào)線(xiàn)上，向外輻射。

44、敏感信號(hào)線(xiàn)如復(fù)位信號(hào)線(xiàn)、片選信號(hào)線(xiàn)、系統(tǒng)控制信號(hào)等遠(yuǎn)離接口外出信號(hào)線(xiàn)。

原因：接口外出信號(hào)線(xiàn)常常帶進(jìn)外來(lái)干擾，耦合到敏感信號(hào)線(xiàn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作。

45、在單面板和雙面板中，濾波電容的走線(xiàn)應(yīng)先經(jīng)濾波電容濾波，再到器件管腳。

原因：使電源電壓先經(jīng)過(guò)濾波再給IC 供電，并且IC 回饋給電源的噪聲也會(huì)被電容先濾掉。

46、在單面板或雙面板中，如果電源線(xiàn)走線(xiàn)很長(zhǎng)，應(yīng)每隔3000mil 對(duì)地加去耦合電容，電容取值為10uF+1000pF。

原因：濾除電源線(xiàn)上地高頻噪聲。

47、濾波電容的接地線(xiàn)和接電源線(xiàn)應(yīng)該盡可能粗、短。

原因：等效串聯(lián)電感會(huì)降低電容的諧振頻率，削弱其高頻濾波效果。以上就是電路板的那些不得不知原則與分析，希望能給大家?guī)椭?