PCB設計規範-3W原則

前言

最近在學習PCB板製作,設計軟件使用的是PADS,對比大學使用的AD而言,感覺PADS界面清爽,反應快,移動和框選元器件方便,尤其是敷銅這方面,隱藏顯示及其快捷,PADS用了一年多了,現在打開老的AD圖紙,感覺不怎麼會用了,PADS和cadence搭配體驗更佳哦。

以前畫的板子也都不涉及到高速PCB這方面,也就很少考慮到佈線佈局這方面的規範,頂多考慮一下安規和佈局佈線及其常規的知識,保證電路在驗證設計這方面不會出錯,但最近要畫一板比較複雜的電路PCB,從批量生產穩定方面看,要考慮到的細節也就更多了,希望在設計時暴露的錯誤多一點,這樣印象也就深刻一點。

3W原則

搜索PCB設計原則,出現了所謂的3W原則,20H原則以及五五原則。

首先從什麼叫3W原則,爲什麼使用3W原則,以及使用場景。
3W原則顧名思義就是3倍線寬,實際上是線與線之間保持3倍線寬,具體示意如下圖,

在這裏插入圖片描述

但在實際應用上,受板框,器件以及安規等其他方面影響,並不是板上所有佈線都要強制符合3W原則,但對於一些易受干擾的和強幹擾的信號線(類似於電磁干擾的三要素:騷擾源,耦合通道以及敏感設備)必須需要減少它們之間走線的串擾。

在電路設計中,一般來說脈衝電路,開關電路,振盪電路以及電源電路都是較爲強烈的干擾源,而對於一些微弱模擬信號輸入,差分輸入端(典型的485電路的上下拉電阻)以及復位線(以前就遇到一打靜電,就將系統啪的一下重啓復位)等信號線就屬於易受干擾的信號線。

它們之間的耦合通道一旦形成,就形成了串擾,即兩條信號線之間耦合引起線上的噪聲。容性耦合引發耦合電流,感性耦合引發耦合電壓,根據麥克斯韋定律,只要有電流存在,就會存在磁場,磁場之間的干擾就是串擾的來源,這個感應信號可能會導致數據傳輸的丟失和錯誤傳輸。

在這裏插入圖片描述

當一個信號在傳輸通道上傳輸時,因電磁耦合對相鄰的傳輸線產生不期望的影響,在被幹擾信號線裏注入了一定的耦合電流和耦合電壓,過大的串擾可能引起電路的誤觸發,包括電路其他的重要走線(數據線,地址線,控制線以及I/O線)產生影響,導致系統無法正常工作。

言歸正傳,降低走線之間的串擾的措施其中一項就是增加走線之間的距離,其中3W原則中提到,當走線中心間距不少於3倍線寬時,則可保持70%的電場不相互干擾,如果要達到98%的電場不相互干擾,可使用10W的間距。

首先,3W原則成立是有先決條件的,從串擾成因的物理意義出發,瞭解到要有效地防止串擾,該間距與疊層高度,導線線寬有關,且3W原則一般是在50歐姆特徵阻抗傳輸線條件下成立的。這是一種防止串擾的方法,但僅做參考並作爲如何防止串擾的一種啓發,比如可以只將易受干擾信號採用3W原則。在實際PCB設計中,如果要使用到這一設計原則,必須在PCB佈線前決定哪些線使用3W原則。

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