Pcb設計中3w原則,5w原則,3h原則,5h原則,20h原則,五五規則
Pcb設計中3w原則,5w原則,3h原則,5h原則,20h原則,五五規則,每一位剛進入PCB行業的同學,基本上頭幾個接觸到的設計經驗就肯定少不了“3w”原則,大家也都知道,這個原則是為了傳輸線之間的串擾改善而建立的規定,要求傳輸線的中心到中心距離滿足3w(也就是空氣間距gap大于2w) w指的是傳輸線線寬。可以參照下面的線路板頂視圖,假設線寬度為w,兩條線的中心距應該大于3w,可以漸少兩條信號線之間的串擾。
2)3w原則的原理
我們平時在PCB布線的時候,對于高頻的,比較重要的信號都要做特殊處理,有些時候會采用包地,有時候使用“3W”原則。
那么我們怎么理解這個3W原則呢,它是如何降低信號之間的串擾的呢?
要了解這個原因,我們要先了解電容的概念,電容的組成一般是兩個導體相對而成,而且這兩個導體要處于不連接的狀態,兩個導體之間存在絕緣,這個絕緣可以是絕緣材質,也可以是空氣。
導線和導線之間和電容的概念一樣,存在寄生電容
我們假設,上圖的data信號在傳輸過程中,由于寄生電容的存在,有一部分的信號就會串擾到clk 線上。如果時鐘線出線誤判情況,從而影響總線讀寫,內存讀寫等錯誤
這個時候,如果我們想減少這個串擾,就需要兩條線之間的電容,容抗的公式為:
要減小C,可以減小ε(導體的介電常數)或者減小s(導體的面積),以及增大導體間的距離d來實現,對于高速信號線來說,導體的介電常數不容易改變,導體的面積,也就是兩根線相對的面積也改善不大,覆銅不能再薄了。因此,我們只能增大導體之間的距離d,來減小C的大小從而達到降低串擾的目的。
實際應用經驗這個d 滿足3w 原則的時候,可以很大程度的較低信號之間的串擾
還有一種可以減少線間串擾的方法,就是在重要信號線兩邊加地線,地線兩邊的串擾信號通過地線回流吸收了,這就是包地的目的,包地時盡量相隔一段距離打地孔
3)3w 和3h的區別
除了3w原則,我們還會提到3h原則
所謂“3H原則”,就是線與線的間距,不少于走線層面到參考平面的間距的3倍。
這兩個原則,雖然近似,但還是有所區別的:3W原則注重磁場耦合,3H原則注重電場耦合。
通常情況下,由于多層板板厚的限制,H和W的數值大體相同,即使有3H原則的應用,但還是沿用3W原則來管控PCB設計的走線間距。
但是,如果走線平面對于參考平面距離H較遠時,相鄰走線回流電流之間的相互干擾就會比較大,此時就需要關注3H原則。
4)20h原則的作用原理
如上圖所示,當我們的電路板中存在這樣的電源和地平面的時候,在我們板子邊緣,就會產生這樣的輻射電磁波,為了防止這些電磁波跑到外面去,pcb在設計的時候,又提出了20h 原則。即,將電源平面相對地內縮,內縮設定為20的平面高度(其實相當于上下層pp或者core厚度了
5)5W 5H原理
5w 5h 類比上面的 3w ,這種要求出現在高頻高速電路中,速率越高,間距拉開是減少串擾耦合的最有效方式,對于高速走線不僅僅要關注同層線距,相鄰層即使有地平面進行屏蔽也要盡量避免信號線重合或者平行走線,相鄰層在條件允許的時候推薦垂直走線或者斜交走線