上一篇讲到了PCB布线前的准备工作,这些都是保证后续可以顺利走线的基础,请务必要掌握透彻,如果印象不深也可以点击文章末尾的“了解更多”进行复习。下面就开始讲解详细的走线知识。
布线基本原则首先是确定布线的优先次序,关键的信号线优先布置,如电源信号、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号要优先布线;然后是根据密度优先的原则,从单板上连接关系最复杂的器件开始着手布线,从单板上连线最密集的区域开始布线;尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层,并保证其回路面积最小化。必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法来保证信号质量;电源层和地层之间的EMC环境比较差,应避免布置对干扰比较敏感的信号;有阻抗控制要求的网络应布置在阻抗控制层上;地线回路规则应该遵循环路面积最小化的原则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射则越小,同时接受外界的干扰也会越小(这是增强PCB抗扰度的低成本做法),针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要走线之间的分布关系,防止由于地平面开槽等引起环路面积增大的问题。在双层板设计中,为电源留下足够空间的前提下,将空余的部分用地平面来填充完整,建议增加一些必要的过孔,将双面的地信号有效地连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离。而对于高频设计,要特别考虑地平面的回路面积问题(容易产生地弹),建议采用多层板的设计。
信号回路面积最小化
串扰的控制
串扰(crosstalk)是指PCB上的不同网络因较长的平行走线而引起的相互干扰,主要是由于平行走线之间的分布电容和分布电感的作用所引起,因此克服串扰的有效措施有:加大平行布线的间距,遵循3W(间距要求大于等于3倍线宽)原则;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等。
屏蔽保护措施
对于地线的回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多应用于一些比较重要的信号,如时钟信号、同步信号等;对于高频信号,超高频信号应该考虑采用同轴电缆屏蔽结构设计,将所布置的线上下左右四个方位都用地线隔离,而且还要考虑如何让屏蔽地与实际的地平面有效结合。
信号屏蔽措施
走线方向控制
相邻层的走线方向要成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走同一个方向,以减小不必要的层间串扰。当由于板结构限制(如某些背板)难以避免,特别是高速信号,应该考虑用地平面来隔离各布线层,用接地线来隔离各信号线。
正交原则
走线开环检查
如下图所示,一般不允许出现一端浮空的走线(dangling line),主要是为了避免产生天线效应,减少不必要的干扰辐射,否则有可能带来一些不可预知的结果。
天线效应
以上就是工程师在布线的时候经常用到的经验规则,掌握了这些规则就可以从设计的源头来优化PCB,避免了各种信号串扰,干扰辐射以及各平面层的稳定性等问题,此规则也适用于各类高低频信号与强弱电信号,希望大家能有所收获。