2.2.5 走线分离
走线分离是为了减小同一层PCB上临近走线的串扰和干扰耦合(通过磁通量耦合)。“3W”规则表述了所有的信号走线必须分开的距离规则,即走线距离间隔(走线中心间的距离)必须是单一走线宽度的三倍,“3W”原则如图7所示。
图7 “3W”原则图示
2.2.6 保护和分流走线
在时钟电路中,本地去耦电容对于沿着电源线传播的干扰滤除是很有效的。但是时钟线也应当需要一些防护来避免其他EMI源的干扰。否则受到干扰的时钟信号会在电路其他地方引起问题。
在一个干扰系统中,隔离和保护像时钟走线这样的关键信号走线,使用分流走线和保护走线是十分有效的方法之一。在设计中,分流走线和保护走线沿着在PCB上关键信号走线方向布置,保护走线不仅能够隔离其他信号线的磁通量耦合,也可以防止关键信号耦合到其他信号走线上。
分流走线和保护走线的区别是,分流走线不需要端接(接到地),而保护走线必须在两端接地。为了进一步的减少耦合,在多层PCB中可以在保护走线上每隔一段距离就增加一些到地的过孔。
2.2.7 走线布局设计
(1) 45°角布线:同过孔一样,要避免使用90°(直角)布线,因为直角布线能在线内部边缘产生集中的场强,该场强产生的干扰噪音可以耦合到附近的走线中。所以当改变走线方向时所有90°(直角)布线应用45°角布线代替[8]。45°角布线规则如图8所示。
图8 45度角布线
(2) 不变的走线宽度:从驱动到负载的信号走线宽度应当是不变的,不同宽度的信号走线引起走线阻抗(电阻,电感,电容)的改变,可以产生反射和走线阻抗的不均衡。所以宁可将走线宽度降低也不能改变走线的宽度。
(3) 过孔:过孔通常用在多层PCB中,在高速信号中,过孔会在走线上引入一个1~4nh 的电感,和一个0.3~0.8pf 的电容。因此,在高速信号布线时,尽量最少地使用过孔。假如在高速平行信号走线中(例如地址线和数据线),不可避免的要做层切换(使用过孔),那么要确保在每个信号线上的过孔数目是相同的。
2.3 接地的设计
接地技术不仅用在多层板中,也用在单面板中。接地技术的目的是使接地阻抗最小化,从而减小从电路返回到电源的接地回路的电势。
(1) 单板PCB的地线:在单面板中,地线应当尽可能的宽,最小为1.5mm(60mil)。由于星形布线无法在单面板上实现,对于跳线的使用和地线宽度的调整应当保持最少,因为这会引起走线阻抗和感应系数的变化。
(2) 保护环:保护环也是接地技术之一,它可以有效的将干扰噪音(例如射频电流)屏蔽在保护环之外,因为在通常工作中,没有电流从保护环中流过。
(3) PCB电容:在多层PCB板中,在电源层和地线层会产生一个PCB电容。在单层板中,假如说电源线和地线是平行走线,那么也会有这种电容效应。这个电容的好处是它有很高的频率响应和很低的串行电感,它均匀的分布在整个平面和走线中。十分有意义的是,它是一个均匀分布在整个板子中的去耦电容,没有任何一个分立元件有这个特性。
(4) 高速电路和低速电路:高速电路应该靠近地线面布置,低速电路应当靠近电源面布置。
(5) 地线铺铜:在一些模拟电路中,没有用到的区域会用一大片的接地(铺铜)来覆盖,用来提供屏蔽和提高去耦作用。但假如这块铜皮是虚接的(即没有接到地),这块铜皮的作用可能会相当于一个天线,可能产生EMC问题。
(6) 接地方式的选择:接地分为单点接地和多点接地,在低频电路里,当信号的工作频率小于1MHz,应该选择单点接地,因为在低频下,信号对布线和器件间的电感影响较小,而接地线路形成的环流对干扰影响比较大。当信号工作频率在10MHz以上时,则应选择多点接地,因为此时地线的阻抗变得很大,应该尽量缩短地线的长度,就近接地。而工作频率在1~10MHz之间时,要根据实际情况进行选择,当地线长度不超过波长的1/20时,应选择单点接地,否则,就使用多点接地。
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