PCB設(shè)計(jì)高速信號(hào)布線技巧

在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源平面的分割或者是地平面的分割，會(huì)導(dǎo)致平面的不完整，這樣信號(hào)走線的時(shí)候，它的參考平面就會(huì)出現(xiàn)從一個(gè)電源面跨接到另一個(gè)電源面，這種現(xiàn)象我們就叫做信號(hào)跨分割。

跨分割現(xiàn)象示意圖

跨分割，對(duì)于低速信號(hào)可能沒(méi)有什么關(guān)系，但是在高速數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，高速信號(hào)是以參考平面作為返回路徑，就是回流路徑。當(dāng)參考平面不完整的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)如下不良影響：

會(huì)導(dǎo)致走線的的阻抗不連續(xù)；

容易使信號(hào)之間發(fā)生串?dāng)_；

會(huì)引發(fā)信號(hào)之間的反射；

增大電流的環(huán)路面積、加大環(huán)路電感，使輸出的波形容易振蕩；

增加向空間的輻射干擾，同時(shí)容易受到空間磁場(chǎng)的影響；

加大與板上的其它電路產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合的可能性；

環(huán)路電感上的高頻壓降構(gòu)成共模輻射源，并通過(guò)外接電纜產(chǎn)生共模輻射。

因此，PCB布線要盡可能靠近一個(gè)平面，并避免跨分割。若必須跨分割或者無(wú)法靠近電源地平面，這些情況僅允許在低速信號(hào)線中存在。

設(shè)計(jì)中跨分割的處理

如果在PCB設(shè)計(jì)中不可避免的出現(xiàn)了跨分割，又該如何處理呢？這種情況下，需要對(duì)分割進(jìn)行縫補(bǔ)，為信號(hào)提供較短的回流通路，常見(jiàn)的處理方式有添加縫補(bǔ)電容和跨線橋接。

縫補(bǔ)電容（Stiching Capacitor）

通常在信號(hào)跨分割處擺放一個(gè)0402或者0603封裝的瓷片電容，電容的容值在0.01uF或者是0.1 uF，如果空間允許，可以多添加幾個(gè)這樣的電容。

同時(shí)盡量保證信號(hào)線在縫補(bǔ)電容 200mil 范圍內(nèi)，距離越小越好；而電容兩端的網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)應(yīng)信號(hào)穿過(guò)的參考平面的網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)下圖中電容兩端連接的網(wǎng)絡(luò)，兩種顏色高亮的兩種不同網(wǎng)絡(luò)：

跨線橋接

常見(jiàn)的就是在信號(hào)層對(duì)跨分割的信號(hào)“包地處理”，也可能包的是其他網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)線，這個(gè)個(gè)“包地”線盡量粗，這種處理方式，參考下圖。

高速信號(hào)布線技巧

多層布線

高速信號(hào)布線電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層板既是布線所必須的，也是降低干擾的有效手段。

合理選擇層數(shù)能大幅度降低印板尺寸，能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，能更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，能有效地降低寄生電感，能有效縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，能大幅度地降低信號(hào)間的交叉干擾等。

引線彎折越少越好

高速電路器件管腳間的引線彎折越少越好。

高速信號(hào)布線電路布線的引線? ?采用全直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45°折線或圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強(qiáng)度。

而在高速電路中，滿足這一要求卻可以減少高速信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合，減少信號(hào)的輻射和反射。

引線越短越好

高速信號(hào)布線電路器件管腳間的引線越短越好。

引線越長(zhǎng)，帶來(lái)的分布電感和分布電容值越大，對(duì)系統(tǒng)的高頻信號(hào)的通過(guò)產(chǎn)生很多的影響，同時(shí)也會(huì)改變電路的特性阻抗，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生反射、振蕩等。

引線層間交替越少越好

高速電路器件管腳間的引線層間交替越少越好。

所謂“引線的層間交替越少越好”，是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔越少越好。

據(jù)測(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5pf的分布電容，導(dǎo)致電路的延時(shí)明顯增加，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度。

注意平行交叉干擾

高速信號(hào)布線要注意信號(hào)線近距離平行走線所引入的“交叉干擾”，若無(wú)法避免平行分布，可在平行信號(hào)線的反面布置大面積“地”來(lái)大幅度減少干擾。

避免分枝和樹樁

高速信號(hào)布線應(yīng)盡量避免分枝或者形成樹樁（Stub）。

樹樁對(duì)阻抗有很大影響，可以導(dǎo)致信號(hào)的反射和過(guò)沖，所以我們通常在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免樹樁和分枝。

采用菊花鏈的方式布線，將對(duì)信號(hào)的影響降低。

信號(hào)線盡量走在內(nèi)層

高頻信號(hào)線走在表層容易產(chǎn)生較大的電磁輻射，也容易受到外界電磁輻射或者因素的干擾。

將高頻信號(hào)線布線在電源和地線之間，通過(guò)電源和底層對(duì)電磁波的吸收，所產(chǎn)生的輻射將減少很多。

編輯：黃飛

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