目錄：

一、布線的一般原則

1、PCB板知識

2、5-5原則

3、20H原則

4、3W/4W/10W原則(W:Width)

5、重疊電源與地線層規(guī)則

6、1/4波長規(guī)則

7、芯片引腳布線

二、信號走線下方添加公共接地層

三、網(wǎng)格中添加過孔避免熱點

四、路由高速信號135°走線彎曲

五、增加瓶頸區(qū)域外的線距離

六、增加菊花鏈路(避免長存根)

七、差分布線原則

八、正和負(fù)信號間的緊密延遲偏差

九、不要在分割平面上路由信號★

十、模擬地和數(shù)字地的處理

1、分離模擬和數(shù)字地平面

2、模擬和數(shù)字地虛擬劃分布局

十一、組件的寬度接近走線寬度

十二、環(huán)路面積最小

十三、PCB覆銅

十四、IO接口的外殼

十五、布局建議

1、電容的布局

2、先防護后濾波

一、布線的一般原則

1、PCB板知識

1）每個貫穿孔在電路上增加約 1～3nH 電感，PCB繪圖要點QA匯總。

2）單位長度導(dǎo)線的自感約為 1nH/mm (計算方法參看EMC診斷技術(shù)及電磁兼容理論設(shè)計之6、布線對濾波電容噪聲抑制能力的影響)。

3）PCB產(chǎn)品設(shè)計過程中需要重點考慮EMC，通常70%以上的EMC問題都來自于板級的設(shè)計。

2、5-5原則

所謂的五五原則，其實是印制板層數(shù)選擇規(guī)則，即時鐘頻率達(dá)到 5Mhz 或脈沖上升時間小于 5ns，則 PCB 板需采用多層板，這是一般的規(guī)則，有時候出于成本等因素的考慮，采用雙層板結(jié)構(gòu)時。這種情況下，最好將印制板的一面作為一個完整的地平面層。

3、20H原則

20H原則的主要目的是為了抑制電源輻射，我們都知道電場具有邊緣效應(yīng)，就像在電容邊緣的電場是不均勻的，所以為了避免電源的邊緣效應(yīng)，電源層要相對地層內(nèi)縮20H，不過一般按照經(jīng)驗值 GND 層相對板框內(nèi)縮 20mil(0.508mm)，Power層相對板框內(nèi)縮 60mil(1.524mm)，即電源相對地內(nèi)縮 40mil。

對于移動式設(shè)備來說，在內(nèi)縮的距離里面隔 150mil 放置一圈 GND 過孔，如下圖。

4、3W/4W/10W原則(W:Width)

3W/4W 原則主要目的是抑制電磁輻射，放置距離太近發(fā)生串?dāng)_，故走線間盡量遵循 3W 原則，即線與線之間保持 3 倍線寬的距離，差分線 GAP 間距滿足 4W。如果線中心距不少于 3 倍線寬時，則可保持 70% 的線間電場不互相干擾，稱為 3W 原則。

如要達(dá)到 98% 的電場不互相干擾，可使用 10W 規(guī)則，一般在設(shè)計過程中因走線過密無法所有的信號線都滿足 3W 的話，可只將敏感信號采用 3W 處理，比如時鐘信號，復(fù)位信號。

5、重疊電源與地線層規(guī)則

不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免，難以避免時可考慮中間隔地層。

6、1/4波長規(guī)則

1/4 是指 PCB 的走線長度要小于這根線上信號波長的 1/4，因為 1/4 的波長的走線就是一個非常好的發(fā)射天線。波長 (λ) = 光速/頻率。一般建議小于 1/20λ 才是最佳走線長度。

如 100MHz 頻率的走線， 波長為 3m，1/4λ = 75cm，走線長度最好不要超過 1/20λ = 15cm。

理論依據(jù)請移步：EMC診斷技術(shù)及電磁兼容理論設(shè)計之2、噪聲源的近場與遠(yuǎn)場特性。

7、芯片引腳布線

芯片引腳的線不要從焊盤中間連出來，如下圖所示。

二、線號走線下方添加公共接地層

在信號走線下方添加一個公共接地層，確保 PCB 中任意 2 個接地點之間的阻抗最小。

當(dāng)靠近地平面的外層用于安裝高速組件，如果用微帶線或者共面線的 RF 組件，另一側(cè)安裝不太重要的組件。第二個內(nèi)層用于電源平面，電源平面盡可能大，這樣可以降低阻抗。

有關(guān)分層原則詳情移步：PCB Layout各層含義與分層原則。

圖2.1 信號走線下方添加公共接地層

如果想要降低成本，那最好使用雙面 PCB，通過大量過孔互連的走線兩側(cè)添加地平面，如果下圖所示。

圖2.2 顯示拼接接地層的過孔的PCB

在單點互連的邏輯和模擬組件設(shè)置隔離的接地平面可以降低接地平面的噪聲。需要將一個區(qū)域到另一個區(qū)域的走線都排在互聯(lián)點的上方。如下圖所示。否則，可以添加天線，發(fā)送或者接收雜散信號。建議使用完整的單一接地。

圖2.3 返回電流回路

三、網(wǎng)格中添加過孔避免熱點

信號過孔會在電源層和接地層中產(chǎn)生空隙。過孔定位不當(dāng)會產(chǎn)生電流密度增加的平面區(qū)域，這些區(qū)域稱為熱點。

避免這些熱點，最好的解決方法是如下圖所示，將過孔放置在網(wǎng)格中，并在過孔之間留出足夠的空間供電源層通過，過孔間隔 15mil。

圖3.1 用網(wǎng)格圖案布線過孔避免熱量

四、路由高速信號135°走線彎曲

在路由高速信號時，彎曲應(yīng)保持最小。如果需要彎曲，建議 135° 而不是 90°。

如下圖（右側(cè)）所示，在 90° 時，不能保證 PCB 蝕刻。此外高速的鋒利邊緣充當(dāng)天線。

圖4.1 保持135°彎曲，而不是90°

為了達(dá)到特特定的走線長度，需要使用蛇形走線。如下圖所示，同一走線中相鄰銅之間的最小距離必須保持為走線寬度的 4倍，每段彎曲應(yīng)為走線寬度的 1.5 倍。

圖4.2 保持彎曲處的最小距離和段長度

五、增加瓶頸區(qū)域外的線距離

走線之間應(yīng)該保持最小距離，最大程度地減少串?dāng)_。串?dāng)_水平取決于兩條走線的長度和距離。在某些區(qū)域，走線的布線達(dá)到了走線比預(yù)期更近的瓶頸。這個時候就需要增加額外信號之間的距離。也就是滿足最低要求，間距也可以再增加一點。

圖5.1 盡可能增加走線之間的間距

六、增加菊花鏈路(避免長存根)

增加菊花鏈路保持信號完整性，避免長存根走線。

長短截線可能充當(dāng)天線，從而增加符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的問題。存根走線還會產(chǎn)生信號完整性、產(chǎn)生負(fù)面影響的反射。高速信號上的上拉或下拉電阻是存根的常見來源。如果需要此類電阻，就需要此類電阻將信號路由為菊花鏈。如下圖所示：

圖6.1 通過實施菊花路由避免存根跟蹤

圖6.2 長存根

圖6.3 Reducing Stub Length

七、差分布線原則

詳情移步：差分布線原則與Altium_Designer設(shè)置。

八、正和負(fù)信號間的緊密延遲偏差

高速接口對到達(dá)目的地的時間有額外的要求，稱為不同走線和信號對之間的時鐘偏差。例如，在高速并行總線中，所有數(shù)據(jù)信號都需要在一個時間段內(nèi)達(dá)到，以滿足接收器的建立和保持時間要求。

差分對信號要求正負(fù)信號走線之間的延遲偏差非常小。因此，使用蛇形來補償任何長度差異，必須要仔細(xì)設(shè)計蛇形走線的幾何形狀，如下圖，減少阻抗不連續(xù)性。

圖8.1 使用推薦的蛇形走線幾何結(jié)構(gòu)

在設(shè)計的時候應(yīng)該將蛇形走線放置在長度不匹配的根部。這確保正負(fù)信號分量通過連接并同步傳播，如下圖所示：

圖8.2 將長度校正添加到源的不匹配點

彎曲通常是長度不匹配的來源，補償器應(yīng)該非?？拷鼜澢幏胖?，最大距離為 15mm，如下圖所示：

圖8.3 將長度補償靠近彎曲處放置

通常 2個彎曲處相互補償，如果彎曲小于 15mm，則不需要使用蛇形進行額外補償。信號的異步傳輸距離不應(yīng)超過 5mm。

圖8.4 彎曲可以相互補償

差分對連接的每個階段中的失配應(yīng)單獨匹配。在下圖中，過孔將差分對分成 2段，此處需要單獨補償彎曲。這樣確保了正信號和負(fù)信號通過過孔同步傳播。

圖8.5 應(yīng)在每個段中補償長度差異

PCB 各層的信號速度并不相同，由于很難找出差異，如果需要匹配，最好在同一層走線。

圖8.6 同一接口內(nèi)的線對最好在同一層布線

在下圖中，電容焊盤內(nèi)部的走線長度不等。即使信號不使用內(nèi)部走線。一些 CAD 工具也會將其視為長度計算的一部分，并顯示正信號和負(fù)信號之間的長度差。為了盡量減少這種情況，確保 2 個信號的焊盤入口相等。

圖8.7 需要注意一些CAD工具中遇到的長度計算問題

如下圖所示，首選差分對信號的非對稱分流，盡可能避免蛇形走線。

圖8.8 差分對的對稱突破

如果焊盤之間有足夠的空間，則可以為較短的走線包含小環(huán)而不是蛇形走線，過孔優(yōu)于蛇形走線。

圖8.9 差分對的首選分線

九、不要在分割平面上路由信號★

不正確的信號返回會導(dǎo)致噪聲耦合和 EMI 問題。設(shè)計人員在路由信號時應(yīng)始終考慮信號返回路徑。電源軌和低速信號采用最短返回電流路徑，詳見：電源、信號完整性及布線原則之1、信號回流和跨分割。

如下圖所示，與此相反，高速信號的返回電流試圖跟隨信號路徑。

圖9.1 在高速PCB中，返回電流試圖跟隨信號路徑

不應(yīng)在分離平面上路由信號，因為返回路徑無法跟隨信號走線。如下圖，如果一個平面在接收和源分開，需要圍繞它布設(shè)信號走線。若信號的前向和返回路徑是分開的，則它們之間的區(qū)域?qū)⒊洚?dāng)環(huán)形天線。

如果需要在 2個不同的參考平面上路由信號，則應(yīng)加入拼接電容。拼接電容使返回電流能夠從一個參考平面?zhèn)鬏數(shù)搅硪粋€參考平面。電容應(yīng)該靠近信號路徑放置，以便正向路徑和返回路徑之間的距離較小。通常拼接電容在 10nF 和 100nF 之間。

圖9.2 在分割平面上放置拼接電容

一般情況下，必須避開平面障礙物和平面槽。如果需要繞過此類障礙物，就需要如下所示使用拼接電容。

圖9.3 在平面障礙物上布線時合并的拼接電容

設(shè)計人員在布線高速信號時應(yīng)注意參考平面中的空洞。如下圖所示，當(dāng)將過孔靠近放置時，參考平面中會產(chǎn)生空洞。應(yīng)該通過確保過孔之間有足夠的間隙來避免較大的空隙區(qū)域。最好放置較少的接地和電源過孔，以減過孔間隙。

圖9.4 避免過孔平面空隙

返回路徑在信號的源和接收處。在下圖中，左側(cè)的設(shè)計被認(rèn)為是不好的設(shè)計。由于源側(cè)只有一個接地過孔，因此返回電流無法預(yù)期返回參考接地平面。返回路徑是存在于頂層的接地連接。

現(xiàn)在的問題是信號走線的阻抗是根據(jù)接地平面而不是頂層的接地走線計算的。因此，必須在信號的源端和匯端放置接地過孔，允許返回電流返回接地平面。如下圖右側(cè)所示。

圖9.5 放置接地過孔時應(yīng)考慮返回路徑

當(dāng)電源平面被視為信號的參考時，信號應(yīng)該通過電源平面?zhèn)鬏敾厝ィ盘栆栽磁c地作為參考。要將參考切換到電源層，應(yīng)在灌電流和源電流處加入拼接電容。

如果接收和源使用相同的電源軌供電，那么旁路電容可以用作拼接電容。如果靠近信號開始/出口點放置。如下圖所示，拼接電容的理想值介于 10nF 和 100nF 之間。

圖9.6 使用電源平面作為參考時使用拼接電容

當(dāng)差分信號切換一層時，參考地平面也會切換。因此，在靠近層變化過孔的位置 添加拼接過孔。如下圖所示，允許返回電流改變接地層，處理差分信號時，切換接地過孔對應(yīng)、對稱放置。

圖9.7 當(dāng)信號改變接地參考時使用拼接電容

當(dāng)信號切換到具有不同參考平面的不同層時，應(yīng)實施拼接電容。這允許返回電流通過拼接電容從地流向電源層，如下圖所示，此外，當(dāng)考慮差分對時，拼接電容的放置和布線應(yīng)該對稱。

圖9.8 當(dāng)信號參考平面發(fā)生變化時加入拼接電容

設(shè)計的時候，不應(yīng)該在參考平面的邊緣或靠近 PCB 邊界的地方布線高速信號，這回對走線阻抗產(chǎn)生不利影響。

十、模擬地和數(shù)字地的處理

1、分離模擬與數(shù)字地平面

定義單獨的模擬和數(shù)字接地部分，可以在原理圖中，輕松確定哪些組件和引腳應(yīng)連接到數(shù)字地部分，哪些組件和引腳應(yīng)連接到模擬接地部分。這類型的設(shè)計可以通過放置 2 個不同的地平面作為參考來布線，可以有效降低噪聲。

兩個平面應(yīng)準(zhǔn)確放置，數(shù)字和模擬組件應(yīng)放置在相應(yīng)部分下方，如下圖所示。

圖10.1.1 需要謹(jǐn)慎進行電源平面拆分

混合信號電路需要在單點連接模擬地和數(shù)字地。在原理圖，還是建議在模擬和數(shù)字部分之間放置鐵氧體磁珠或 0Ω 電阻。

數(shù)字地和模擬地的合并應(yīng)靠近集成電路放置。在具有分離平面的混合信號設(shè)計中，數(shù)字信號不應(yīng)該通過模擬接地平面布線，模擬信號不應(yīng)該通過數(shù)字地平面布線。

圖10.1.2 數(shù)字信號不應(yīng)該穿過模擬地平面

2、模擬和數(shù)字地虛擬劃分布局

在虛擬分割中，模擬地和數(shù)字地在原理圖中沒有分開。此外，2 個接地域在布局中也沒有電氣分離。在實際布局時應(yīng)分開，即在模擬地和數(shù)字地繪制了一個假想的分割線。這里應(yīng)該仔細(xì)考慮虛擬分割平面的正確一側(cè)放置元件。

圖10.2.1 應(yīng)使用虛擬平面分割仔細(xì)放置組件

在設(shè)計的時候應(yīng)該牢記 2 個地之間的虛線。數(shù)字和模擬信號走線不允許越過虛擬分割線。虛擬分割線不應(yīng)具有復(fù)雜的形狀。因為沒有平面障礙物保持模擬和數(shù)字返回電流分離。

十一、組件的寬度接近走線寬度

PCB 設(shè)計從原理圖開始，特別是元件的選擇，SMD 是首選，因為更小的元件和更短的導(dǎo)線帶來更穩(wěn)定的高速性能。

如果組件的寬度接近走線寬度，就可以實現(xiàn)最佳的高速性能。這有利于降低走線和元件焊盤之間的阻抗匹配問題。

十二、環(huán)路面積最小

即信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。

十三、PCB覆銅

覆銅多出的“觸頭”需要去掉，以免產(chǎn)生“天線效應(yīng)”，減少不必要的干擾輻射與接收。

接地技術(shù)的目標(biāo)是最小化接地阻抗，從而降低從電路到電源的接地回路的電位。

? 將高速信號路由到堅實且完整的接地平面。

? 不要將接地平面分成單獨的平面用于模擬、數(shù)字和電源引腳。建議使用單一且連續(xù)的接地層。

? 靠近微控制器引腳的任何區(qū)域附近不應(yīng)有任何類型的浮動金屬/形狀。在信號層未使用的區(qū)域填充銅，并通過過孔將這些銅連接到接地層。

十四、IO接口的外殼

各個IO接口的外殼地盡量和板內(nèi)的信號地通過電感或是磁珠隔離。

圖14.1 DB9外殼接地

圖14.2 村田磁珠

十五、布局建議

1、電容的布局

電容到電源平面的走線距離應(yīng)盡可能短。

在各器件的電源管腳放置足夠與適當(dāng)?shù)娜ヱ詈想娙菀跃徍碗娫磳雍偷貙由系脑肼?。特別注意電容的頻率響應(yīng)與溫度的特性是否符合設(shè)計所需。

電源濾波電容的放置

2、先防護后濾波

防護電路用來進行外來過壓和過流抑制，如果將防護電路放置在濾波電路之后，濾波電路會被過壓和過流損壞。

原文鏈接：

https://blog.csdn.net/liht_1634/article/details/135752171