PCB布线经验法则

PCB布线经验法则

今天，仍然有一些 20 年前常见的 PCB 布线经验法则。 它们是否仍被广泛观察和应用？ 确切的答案是“也许”。 PCB 设计论坛中关于遵守/避免布线的一些规则使 PCB 设计人员能够在可能不适用的地方遵守或忽略这些规则。 在某些情况下，这不一定会导致电路板设计失败。 正如一些经验丰富的PCB设计人员所说，电路板能够正常工作只是偶然。

关于 PCB 设计经验法则的讨论并不意味着它们是正确的或错误的。 问题是这些讨论往往缺乏应用相关性，这也使得论坛中提到的讨论时长规则。 本文希望弄清楚这些规则适应的场景，什么时候适用不同的规则，什么时候避免准确解释。

PCB布线中的通用经验法则

1.垂直布线

垂直布线的规则是相邻信号层的引线需要相互垂直，以减少互感引起的串扰。 在高频信号中，电容耦合产生的串扰是主要成分，它在垂直引线之间产生电流尖峰。

当信号随时间变化或频率较低（小于几GHz）时，相邻信号层垂直布线器件的耦合电容干扰较小。 在射频（RF）频段（几十GHz），引线交织产生空穴谐振，而没有被地线包围的导体结构会在一些特殊频点产生电磁谐振。 这时，即使引线是垂直的，它们之间也会产生强烈的串扰。

为了消除所有频率点的干扰，一种简单有效的方法是在信号层之间使用多层板和隔离层。 在现代高速信号变化的应用中尤为重要。 当您不确定正交线之间的耦合强度时，您需要使用基本的串扰仿真软件检查垂直引线，看它们之间的串扰是否在噪声容限范围内。 此时就需要规划好信号回传路径，这是垂直布线中的一大难题。

2.散热通过

这是一个经典的“遵守/避免”规则，经常引起争议。 一些PCB设计人员表示，他们从不使用散热过孔，也从未遇到过焊接和组装问题。 另一组坚持在每个平面连接时防止使用散热过孔。 他们是谁？

他们的观点适用于不同的场合。 如果手工焊接电路板，则需要提高焊头的温度，以补偿焊锡过孔导致铜层散热造成的焊接问题。 但是，如果使用波峰焊，则需要使用防散热过孔，以防止器件松动、冷焊、竖起等，所以我建议您坚持使用防散热过孔设计。

3.直角接线

这个 PCB 布线规则可能是最受喜爱和最讨厌的。 时至今日，我仍然看到许多PCB设计人员坚持认为，任何时候由于各种原因布线不能转直角。 例如，他们说电子在引线中运动时很难转直角，但他们并不认为电路板上的所有过孔都垂直于引线。 还有一些比较靠谱的理由。 例如通过45°转角可以减少引线长度，所有直角转弯布线都需要倒角。 也有说直角转弯会在电路板的酸性蚀刻液中产生酸性蚀刻陷阱，这在现在广泛使用的碱性蚀刻液中是没有问题的。

除非你的电路板工作在50GHz以上的高频（涉及毫米波雷达/5G通信）电路，否则不用担心引线转直角的问题。 事实上，在电路板布线时，您可以使用任何您喜欢的角度来布置引线。 如果使用内置电磁场求解功能的PCB设计软件，将使您的布线更加容易。

4.“3W”法则

即，三个接线经验法则。 “3W规则”的第一个版本是说，相邻两根引线之间的间距应不小于引线宽度的三倍，以减少引线间的磁通耦合，从而减少引线间的电磁干扰。

这个规则可能会忘记引线之间的电磁耦合与引线电路的重叠面积成正比，而不是引线之间的距离； 因此减少了引线电路的重叠面积，引线间距不受3W规则的限制。 就像之前的垂直布线一样，基本的电磁干扰仿真可以检查不同布线间距的影响。

“3W”规则的另一种版本是指在使用锯齿形布线进行引线长度匹配时，锯齿形宽度需要大于或等于引线宽度的三倍，这样可以最大限度地减少引线阻抗的不连续性。

5.“20H”法则

该规则定义了 PCB 中地线层和电源层之间的重叠距离。 在现代PCB设计中，电源需要布设在地线附近，以保证它们之间有足够的层间电容，从而减少高速电路板上的电源波动。

但是实际测量结果会发现结果很复杂。 一些时间结果标准名称可以通过在 300MHz 下遵循 20H 规则来减少电磁辐射。 但地线与供电层之间会产生高频谐振。 它们的结构类似于波导，会加剧线路间的高频干扰。

所以在实际应用中，如果你的电路频率在GHz以内，可以遵循20H规则，否则，20H规则可能会带来更差的结果