PCB設計中防止串擾的3.W規則
串擾是指PCB上不同網絡之間因長並聯佈線而產生的相互干擾,主要是由於並聯線路之間的分佈電容和電感造成的。 克服串擾的主要措施是:
按照3W規則新增並聯佈線的間距。
在平行線之間插入接地隔離器。
减少佈線層和接地層之間的距離。
3W規則(3W rule)
為了减少線路之間的串擾,線路間距應該足够大。 當線心間距不小於線寬的3倍時,可以保持7.0%的電場而不相互干擾,這稱為3W法則。 為了達到98.%的電場而不相互干擾,可以使用10W的間距。
實際上 PCB設計, 3W rule 不能完全滿足避免串擾的要求.
根據實踐經驗,如果沒有遮罩接地,上面列印的訊號線之間的距離大於LCM,以防止串擾,所以在PCB電路佈線中,需要雜訊訊號(如時鐘線)和雜訊訊號,而EFTlB、ESD干擾如“髒”和“乾淨”需要線上保護, 為了防止串擾的發生,不僅要強制使用3w規則,還要遮罩地面分組處理。
此外, 避免PCB中的串擾, PCB設計 並應考慮佈局, 比如
1.根據功能對邏輯器件系列進行分類,並嚴格控制匯流排結構。
2.最小化組件之間的物理距離。
3.高速訊號線和組件(如晶體振盪器)應遠離互連介面和其他易受數據干擾和耦合影響的區域。
4.為高速線路提供正確的端子。
5.避免長距離並聯接線,接線之間應留有足够的間距,以儘量減少電感耦合。
6.相鄰層(微帶或帶狀)上的佈線應相互垂直,以防止層間電容耦合。
7.减少訊號與地面之間的距離。
8.分離和隔離高雜訊發射源(時鐘、I/O、高速互連),不同的訊號分佈在不同的層中。
9.盡可能新增訊號線之間的距離,可以有效减少電容性串擾。
10.减小引線電感,避免在電路中使用阻抗很高的負載和阻抗很低的負載,並儘量使類比電路的負載阻抗在loQ~lokQ之間保持穩定。 因為當使用非常高的阻抗負載時,高阻抗負載會新增電容串擾,電容串擾會由於高工作電壓而新增,而當使用非常低的阻抗負載,電感串擾會因為高工作電流而新增。
11.在PCB內層鋪設高速週期信號。
12.採用阻抗匹配科技,確保BT訊號的完整性,防止超調。
13.注意快速上升沿的訊號(tr ≤ 3ns),進行地面抗串擾處理,並在PCB邊緣佈置一些受EFTlB或ESD干擾且未濾波的訊號線。
14.盡可能使用地平面。 與不使用接地層的訊號線相比,使用接地層訊號線將獲得15~20dB的衰减。
15.訊號高頻PCB訊號和敏感訊號包含在地面處理中,通過在雙面板中使用地面覆蓋科技,可獲得10~15dB的衰减。
16.使用平衡線、遮罩線或同軸線。
17.過濾騷擾訊號線和敏感線。
18.合理設定層和佈線、合理設定佈線層和佈線間距、减少並行訊號的長度、减少訊號層和平面層之間的間距、新增訊號線之間的間距以及减少並行訊號線的長度(在鍵長範圍內)可以有效地减少串擾。
成立的條件 3W規則
雖然3W規則很容易記住,但應該強調的是,它的建立有先決條件。
考慮到串擾原因的物理意義,為了有效防止串擾,間距與堆疊高度和線寬有關。
對於4層PCB板,3W足以滿足佈線與基準面高度之間的距離(5~10mil);
然而,對於雙層板,佈線和參攷層高度之間的距離(45~55mils),3W可能不足以實現高速訊號佈線。
3W法則通常適用於50歐姆特性阻抗傳輸線的情况。
這個 3W rule 意味著當多條高速訊號線長距離佈線時, 它們的間距應遵循 3W規則, 例如時鐘線, 微分線, 視頻和音訊訊號線, 重置信號線和系統的其他關鍵電路需要遵循 3W規則, 但並非所有線路板上的佈線都必須符合 3W規則.