前言
高速系统的设计不仅需要高速元件,还需要天才和仔细的设计方案。设备模拟的重要性与数字相同。在高速系统中,噪声问题是最基本的考虑因素之一。高频会产生辐射和干扰。极端边缘的速度可以产生振动铃、反射和串扰。如果没有抑制,这些噪声将严重损害系统的性能。
高速PCB设计规则总结及原因分析
1、PCB时钟频率超过5MHZ 或者信号上升时间小于5ns,多层板设计一般需要使用。
原因:采用多层板设计信号回路面积能够得到很好的控制。
2.对于多层板,关键布线层(时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线、各种控制信号线等。)应与完整的地平面相邻,并在两个地平面之间进行优化。
原因:关键信号线通常是强辐射或极其敏感的信号线。靠近地平面布线可以减少其信号电路面积,降低其辐射强度或提高抗干扰能力。
3.对于单层板,关键信号线两侧应覆盖地面。
原因:关键信号两侧包裹土地,一方面可以减少信号电路面积,防止信号线与其他信号线之间的串扰。
4.对于双层板,关键信号线的投影平面有大面积铺设,或者像单面板一样打孔。
原因:接近地平面的多层板关键信号相同。
5.在多层板中,电源平面应面相比,电源平面应缩小5H-20H(H 距离电源和地平面)。
原因:与回流地平面相比,电源平面内缩能有效抑制边缘辐射问题。
6.布线层的投影平面应在其回流平面层区域内。
原因:如果布线层不在回流平面层的投影区域,会导致边缘辐射问题,增加信号回路面积,导致差模辐射增加。
在多层板中,单板TOP、BOTTOM 层尽量不大于50MHZ 的信号线。
原因:为了抑制其对空间的辐射,最好在两个平面层之间进行高频信号。
8.板级工作频率大于50MHz 单板,如果第二层和倒数第二层是布线层,TOP 和BOOTTOM 层应铺地铜箔。
原因:为了抑制其对空间的辐射,最好在两个平面层之间进行高频信号。
9.在多层板中,单板主工作电源平面(使用最广泛的电源平面)应靠近其地平面。
原因:电源平面与地平面相邻,可有效减少电源电路回路面积。
10.在单层板中,电源接线附近必须有接地线和平行接线。
原因:减少电源电流回路面积。
11.在双层板中,电源接线附近必须有接地线和平行接线。
原因:减少电源电流回路面积。
12.在分层设计中,尽量避免布线层相邻的设置。如果布线层不能避免相邻,应适当扩大两个布线层之间的层间距,缩小布线层与信号电路之间的层间距。
原因:相邻布线层上的平行信号布线会导致信号串扰。
13.相邻平面层应避免其投影平面重叠。
原因:当投影重叠时,层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声相互耦合。
14、PCB布局设计时,应充分遵循沿信号流直线放置的设计原则,尽量避免来回环绕。
原因:避免直接耦合信号,影响信号质量。
15.多个模块电路在同一种模块电路PCB数字电路应与模拟电路、高速和低速电路分开布置。
原因:避免数字电路、模拟电路、高速电路和低速电路之间的相互干扰。
16、当线路板上同时存在高、中、低速电路时,应该遵从高、中速电路远离接口。
原因:避免高频电路噪声通过界面向外辐射。
储能和高频滤波电容应放置在单元电路或设备附近(如电源模块:输入输出端、风扇和继电器)。
原因:储能电容的存在可以减少大电流电路的电路面积。
18、线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。
原因:避免过滤线再次耦合。
19、在PCB接口电路的滤波、保护和隔离装置应放置在板上。
原因:能有效实现保护、滤波、隔离的效果。
20.如果接口处有滤波和保护电路,应遵循先保护后滤波的原则。
原因:外部过压和过流抑制采用保护电路。如果将保护电路放置在滤波电路中,滤波电路将被过压和过流损坏。
21.布局时,确保滤波电路(滤波器)、隔离和保护电路的输入输出线不相互耦合。
原因:当上述电路的输入输出线相互耦合时,滤波器、隔离或保护效果会减弱。
22.如果接口设计在单板上干净地,滤波和隔离器应放置在干净地和工作场所之间的隔离带上。
原因:避免滤波或隔离装置通过平面层相互耦合,削弱效果。
23.除滤波和防护装置外,任何其他装置都不能放置在清洁上。
原因:清洁设计的目的是确保界面辐射最小,清洁容易被外部干扰耦合,因此清洁上没有其他无关的电路和设备。
24.晶体、晶体振动、继电器、开关电源等强辐射器件远离单板接口连接器至少1万mil。
原因:将干扰直接向外辐射或将电流耦合到外出电缆上。
25.敏感电路或器件(如复位电路)WATCHDOG 电路等。)远离单板的边缘,尤其是单板接口的边缘,至少1000mil。
原因:单板接口等地方最容易被外部干扰(如静电)耦合,复位电路、看门狗电路等敏感电路容易导致系统误操作。
26、为IC 滤波器的滤波电容应尽可能靠近芯片的供电管脚。
原因:电容离管脚越近,高频回路面积越小,辐射越小。
27.对于始端串联匹配电阻,应靠近其信号输出端。
原因:始端串联匹配电阻的设计目的是将芯片输出端的输出阻抗与串联电阻的阻抗相结合,相当于布线的特性阻抗。
28、PCB走线不能有直角或锐角。
原因:直角线导致阻抗不连续,导致信号发射,产生振铃或过冲,形成强烈EMI 辐射。
29.尽量避免相邻布线层的层设置。当不可避免时,尽量使两个布线层中的布线垂直或平行布线长度小于1万mil。
原因:减少平行线之间的串扰。
30.如果单板有内部信号布线层,则时钟等关键信号线布置在内层(优先考虑布线层)。
原因:内部布线层可以屏蔽关键信号布。
31.建议在时钟线两侧包地线,每隔3万mil 接地过孔。
原因:保证包地线上各点电位相等。
32.时钟、总线、射频线等关键信号的布线和其他同层平行布线应满足3W 原则。
原因:避免信号之间的串扰。
33、电流≥1A 用于电源的表贴保险丝、磁珠、电感、钽电容的焊盘应不少于两个过孔接收平面层。
原因:减少过孔等效阻抗。
34、差分信号线应同层、等长、并行行走,保持阻抗1:致,差分线间无其他行走线。
原因:保证差分线对共模阻抗相等,提高其抗干扰能力。
35.关键信号布线不得跨分区(包括过孔和焊盘引起的参考平面间隙)。
原因:跨分区布线会增加信号回路面积。
当信号线跨其回流平面分割不可避免时,建议在信号跨分割附近采用桥接电容处理,电容值为1nF。
原因:信号跨分割时,常常会导致其回路面积增大,采用桥接地方式是人为的为其设臵信号回路。
37.单板上的滤波器(滤波电路)下方不得有其他无关信号线。
原因:分布电容会削弱滤波器的滤波效果。
38.滤波器(滤波电路)的输入输出信号线不能平行交叉。
原因:避免滤波前后直接噪声耦合。
39关键信号线距参考平面边缘≥3H(H 参距参考平面高度)。
原因:抑制边缘辐射效应。
40.对于金属外壳的接地元件,应在影区顶层铺设接地铜皮。
原因:通过金属外壳与接地铜皮之间的分布电容,抑制其对外辐射,提高抗干扰性。
在单层板或双层板中,布线时应注意电路面积最小化的设计。
原因:回路面积越小,对外辐射越小,抗干扰能力越强。
42.信号线(尤其是关键信号线)换层时,应在换层过孔附近设计。
原因:可减少信号回路面积。
43.时钟线、总线、射频线等。:远离接口的强辐射信号线。
原因:避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上,向外辐射。
44、敏感信号线如复位信号线、片选信号线、系统控制信号等远离接口外出信号线。
原因:接口外出信号线经常引起外部干扰,耦合到敏感信号线时会导致系统误操作。
45.在单面板和双面板中,滤波电容器的布线应先通过滤波电容器过滤,然后通过滤波器到设备管脚。
原因:先过滤电源电压,然后电源电压IC 供电,并且IC 电容器也会先过滤掉反馈给电源的噪音。
46.在单面板或双面板中,如果电源线很长,每隔3万mil 对地加去耦合电容,电容值为10uF+1000pF。
原因:过滤电源线上的高频噪声。
47.滤波电容的接地线和电源线应尽可能粗短。
原因:等效串联电感降低电容谐振频率,削弱其高频滤波效果
资料来源:一牛网论坛
关键词:PCB、PCB板、PCB设计
PCB相关技术资料:http://bbs.16rd.com/citiao-jishu-PCB.html