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PCB科技 - 高速PCB設計規則概述及原因分析

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PCB科技 - 高速PCB設計規則概述及原因分析

高速PCB設計規則概述及原因分析

2021-08-20
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Author:IPCB

1 這個 PCB板 時鐘頻率超過5.MHZ或訊號上升時間小於5ns, 一般a 多層板 需要設計.

原因:採用 多層板設計.


2、對於多層板,關鍵佈線層(時鐘線、匯流排、介面訊號線、射頻線、復位訊號線、晶片選擇訊號線和各種控制訊號線所在的層)應與整個接地層相鄰,最好在兩個接地層之間。

原因:關鍵訊號線一般為强輻射或極為敏感的訊號線。 靠近地平面佈線可以减少訊號回路面積,降低輻射强度或提高抗干擾能力`


3、對於單層板,關鍵訊號線的兩側應覆蓋地面。

原因:關鍵訊號的兩側都被地面覆蓋,一方面可以减少訊號回路的面積,另一方面可以防止訊號線與其他訊號線之間的串擾。


4、對於雙層板,在關鍵訊號線的投影面上鋪設大面積的地面,或像單板一樣打孔。

原因:與 多層板 靠近地平面.


5. 在一個 多層板, the power plane should be retracted by 5H-20H relative to its adjacent ground plane (H is the distance between the power supply and the ground plane).

原因:電源平面相對於其返回地平面的凹陷可以有效抑制邊緣輻射問題。


佈線層的投影平面應位於回流平面層的區域內。

原因:如果佈線層不在回流平面層的投影區域,則會導致邊緣輻射問題,並新增訊號環路面積,導致差模輻射新增。


7 在 多層板, 單板的頂層和底層應盡可能不具有大於50MHZ的訊號線.

理由:最好在兩個平面層之間移動高頻訊號,以抑制其對空間的輻射。


8、對於板級工作頻率大於50MHz的單板,如果第二層和倒數第二層為佈線層,則頂部和BOOTTOM層應覆蓋接地銅箔。

理由:最好在兩個平面層之間移動高頻訊號,以抑制其對空間的輻射。


9、在多層板中,單板(使用最廣泛的電源板)的主工作電源板應接近其地平面。

原因:相鄰的電源面和接地板可以有效地减少電源電路的回路面積。


10、在單層板中,必須有一條接地線靠近並平行於電源線。

原因:减小電源電流回路的面積。


11、在雙層板中,必須有一條接地線靠近並平行於電源線。

原因:减小電源電流回路的面積。


12、分層設計時,儘量避免佈線層的相鄰設定。 如果佈線層不可避免地彼此相鄰,則應適當增大兩個佈線層之間的層間距,並减小佈線層及其訊號電路之間的層間距。

原因:相鄰佈線層上的平行訊號跡線可能導致訊號串擾。


相鄰平面層應避免其投影平面重疊。

原因:當投影重疊時,層之間的耦合電容會導致層之間的雜訊相互耦合。


14、在設計PCB佈局時,應完全遵循沿訊號流向直線放置的設計原則,儘量避免來回迴圈。

原因:避免直接訊號耦合,影響訊號質量。


15、當多個模塊電路放置在同一PCB上時,數位電路和類比電路以及高速和低速電路應分開佈置。

原因:避免數位電路、類比電路、高速電路和低速電路之間的相互干擾。


16、當電路板上同時有高、中、低速電路時,遵循高、中速電路,遠離介面。

原因:避免高頻電路雜訊通過介面輻射到外部。


17、儲能和高頻濾波電容器應放置在電流變化較大的單元電路或裝置附近(如電源模組:輸入和輸出端子、風扇和繼電器)。

原因:儲能電容器的存在可以减少大電流回路的回路面積。

多層板

18. 電源輸入埠的濾波電路 PCB板 應靠近介面放置.

原因:避免重新耦合已過濾的線路。


19、在PCB上,介面電路的濾波、保護和隔離元件應靠近介面放置。

原因:能有效達到保護、過濾、隔離的效果。


20、如果介面處既有濾波器又有保護電路,則應遵循先保護後濾波的原則。

原因:保護電路用於外部過壓和過流抑制。 如果將保護電路置於濾波電路之後,濾波電路將因過壓和過流而損壞。


21、佈置時,確保濾波電路(濾波器)、隔離和保護電路的輸入和輸出線不相互耦合。

原因:當上述電路的輸入和輸出跡線相互耦合時,濾波、隔離或保護效果會减弱。


22、如果板上設計了“乾淨的地面”介面,過濾和隔離裝置應放置在“乾淨的地面”和工作地面之間的隔離帶上。

原因:避免過濾或隔離裝置通過平面層相互耦合,以减弱影響。


23、除過濾和保護裝置外,其他裝置不得放置在“乾淨的地面”上。

理由:“乾淨的地面”設計的目的是確保介面輻射最小,“乾淨的地面”很容易被外部干擾耦合,囙此“乾淨的地面”上不應有其他無關的電路和設備。


24、使晶體、晶體振盪器、繼電器、開關電源等强輻射設備遠離板介面連接器至少1000密耳。

原因:干擾將直接輻射或電流將耦合到輸出電纜向外輻射。


敏感電路或設備(如復位電路、看門狗電路等)應距離電路板邊緣至少1000密耳,尤其是電路板介面邊緣。

原因:與單板介面類似的地方是最容易受到外部干擾(如靜電)耦合的地方,而復位電路和看門狗電路等敏感電路很容易導致系統誤操作。


用於IC濾波的濾波電容器應盡可能靠近晶片的電源引脚。

原因:電容器離引脚越近,高頻回路的面積越小,輻射越小。


27、起始端串聯匹配電阻應靠近其訊號輸出端。

理由:起始端串聯匹配電阻的設計目的是將晶片輸出端的輸出阻抗和串聯電阻的阻抗加到跡線的特性阻抗中。 匹配電阻放在末端,不能滿足上述方程。


28、PCB跡線不能有直角或銳角跡線。

原因:直角接線導致阻抗不連續,導致訊號傳輸,導致振鈴或過沖,以及强EMI輻射。


29、儘量避免相鄰佈線層的分層設定。 當不可避免時,儘量使兩個佈線層中的跡線相互垂直,或平行跡線的長度小於1000mil。

原因:减少平行記錄道之間的串擾。


30、如果板有內部訊號佈線層,時鐘等關鍵訊號線應鋪設在內層(首選佈線層)。

原因:在內部佈線層部署關鍵訊號可以起到遮罩作用。


31、建議在時鐘線兩側覆蓋地線,地線每3000mil接地一次。

原因:確保封裝地線上所有點的電勢相等。

32、時鐘、匯流排、射頻線等關鍵訊號跡線以及同一層上的其他平行跡線應符合3W原則。

原因:避免訊號之間的串擾。


用於電流為1A的電源的表面安裝保險絲、磁珠、電感器和鉭電容器的焊盤不得少於兩個連接到平面層的通孔。

原因:降低過孔的等效阻抗。


34、差分訊號線應在同一層上,等長,並平行運行,保持阻抗均勻,差分線之間不得有其他接線。

理由:確保差分線對的共模阻抗相等,提高其抗干擾能力。


關鍵訊號跡線不得穿過分區區域(包括過孔和焊盤造成的基準面間隙)。

原因:穿過隔板的接線將新增訊號回路的面積。


36、當不可避免地將訊號線穿過其返回平面時,建議在訊號跨度劃分附近使用橋式電容器方法。 電容器的值為1nF。

原因:當訊號跨度被劃分時,環路面積通常會新增。 訊號回路人為設定橋架接地管道。


37、板上濾波器(濾波電路)下無其他無關訊號痕迹。

原因:分佈電容會减弱濾波器的濾波效果。


38、濾波器(濾波器電路)的輸入和輸出信號線不能平行或交叉。

原因:避免濾波前後記錄道之間的直接雜訊耦合。


39、關鍵訊號線與基準面邊緣之間的距離為–3H(H為線距基準面的高度)。

原因:抑制邊緣輻射效應。


40、對於金屬外殼接地組件,應在投影區域的頂層鋪設接地銅。

原因:金屬外殼和接地銅之間的分佈電容用於抑制外部輻射並提高抗擾度。


41、在單層板或雙層板中,佈線時注意“最小化回路面積”的設計。

原因:環路面積越小,環路的外部輻射越小,抗干擾能力越强。


42、當訊號線(特別是關鍵訊號線)換層時,應在換層通孔附近設計接地通孔。

原因:訊號回路的面積可以减小。


43、時鐘線、匯流排線、射頻線等:强輻射訊號線遠離介面外訊號線。

原因:避免强輻射訊號線對出線訊號線的耦合和向外輻射的干擾。


44、復位訊號線、晶片選擇訊號線、系統控制訊號等敏感訊號線遠離介面外訊號線。

原因:訊號線出介面往往會帶來外部干擾,當它與敏感訊號線耦合時,會導致系統故障。


在單面板和雙面板中,濾波電容器的佈線應首先由濾波電容器濾波,然後再到設備引脚。

原因:在向IC供電之前,電源電壓會被過濾掉,IC迴響給電源的雜訊也會被電容器過濾掉。


46、在單屏或雙屏中,如果電源線很長,應每隔3000mil向地面添加去耦電容器,電容器值為10uF+1000pF。

原因:過濾掉 高頻PCB 電源線上的譟音.


47、濾波電容器的接地線和電源線應盡可能粗短。

原因:等效串聯電感會降低電容器的諧振頻率,削弱其高頻濾波效果