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在PCB（印制電路板）中，印制導線用來實現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導線多為銅線，銅自身的物理特性也導致其在導電過程中必然存在一定的阻抗，導線中的電感成分會影響電壓信號的傳輸，而電阻成分則會影響電流信號的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴重，因此，在PCB設(shè)計中必須注意和消除印制導線阻抗所帶來的影響。 1 印制導線產(chǎn)生干擾的原因 PCB上的印制導線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導線之間存在電感效應(yīng)，電阻效應(yīng)，電導效應(yīng)，互感效應(yīng)；一根導線上的變化電流必然影響另一根導線，從而產(chǎn)生干擾；PCB板外連接導線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號的天線。印制導線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計算，R＝PL/S和XL＝2πfL式中L為印制導線長度（m），s為導線截面積（mm2），ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會帶來干擾，從而影響電路的正常工作。 2 PCB電流與導線寬度的關(guān)系 PCB導線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導線越寬，承載電流的能力越強。在實際的PCB制作過程中，導線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設(shè)計銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表1所示。 表1 PCB設(shè)計銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 圖1 印制導線的拐彎應(yīng)成圓角 圖2 PCB中的45°折線 圖3 兩向布線時布線策略 3 PCB設(shè)計中的布線 在PCB設(shè)計中，布線是關(guān)系PCB設(shè)計成功與否的關(guān)鍵階段，PCB板上銅箔導線的位置、密度、寬窄、間距、走線形式等因素會決定PCB的抗干擾能力，因此，要獲得PCB的最佳性能，必須要做到合理布線。 3.1 布線遵循原則 3.1.1 布線時板型選擇和密度設(shè)計 在滿足布線要求的前提下，PCB布線時選擇的板型，單面板應(yīng)優(yōu)先考慮，其次是雙面板、多層板。其布線密度，要結(jié)合電路結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品性能要求，合理選擇，力求布線簡單、均勻。 3.1.2 布線時的線寬與間距選擇 PCB中選擇的導線，其最小寬度由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。導線最小寬度和間距一般不應(yīng)小于8mil，如果布線密度允許，可以適當加寬導線寬度及導線間距。對銅箔厚度為2mil，寬度在40mil到600mil的導線，當流經(jīng)該條導線的電流2A時，其溫度不會高于3℃，一般選擇導線寬度為60mil可滿足要求。在沒有特殊要求的情況下，布線通常選8～12mil導線寬度。而對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，導線寬度最小可選擇達到2～2.8mil，設(shè)計中，在條件允許的范圍內(nèi)，電源、地線寬度可盡量加寬，一般選擇地線寬度大于電源線，而電源線寬度大于信號線寬度，必要時，可采用大面積敷銅接地。 在制作PCB布線設(shè)計中，輸入輸出端的導線應(yīng)盡量避免交叉，可通過添加線間電容的方式避免發(fā)生反饋耦合。導線的間距一般選擇為大于等于線寬，其最小值由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定，在數(shù)字電路中，在工藝允許的情況下，間距可選擇5～8mil。 3.1.3 走線形式的選擇 印制導線的布設(shè)應(yīng)盡可能短。當電路為高頻電路或布線密集的情況下，印制導線的拐彎應(yīng)成圓角，如圖1所示。當印制導線的拐彎成直角或尖角時，在高頻電路或布線密集的情況下會影響電路的電氣特性，在PCB設(shè)計中，由于直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能，導線拐彎一般選用45度折線或圓弧形，一般不使用90度折線布線，如圖2所示。當兩面布線時，PCB雙面的導線一般選擇正交垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小板間寄生耦合，如圖3所示。 3.2 電源線和地線的處理 PCB布線中，要采取必要措施降低電源線和地線阻抗，減少公共阻抗、串擾和反射等所引起的波形畸變和振蕩現(xiàn)象。電源線寬度，一般印制線路板電流的大小決定，電源線寬度一般選擇48～100mil，在條件允許的情況下，電源線寬度盡量加寬，同時注意減少環(huán)路電阻，盡量使電源線、地線的走向和信號流向保持一致，增強PCB的抗噪聲干擾能力。 3.2.1 電源設(shè)計原則 隨著電路規(guī)模的增大，電路中的電源種類和數(shù)量也在增加，對于簡單電路電源的分布，所有電源可匯總為一路。對于復雜電路，可將電路分成若干模塊，電源的數(shù)目仍不變，還為1個。但是，對于有多種不同電壓的電源，要根據(jù)電路特性，按照就近原則，使得多點電源分散在各自電路模塊中，對于具體布線方法，如果各模塊電源及地線擁有公共布線電阻，那么，任何一個模塊上的電流發(fā)生變動，都將影響到其他的基板，因此，一般將其各個基板電源GND的布線分別由電源引出，各自有布線電阻，即使因電流變化而產(chǎn)生電壓降，也僅僅停留在該模塊上，不會對其他電路模塊產(chǎn)生影響。 3.2.2 地線設(shè)計原則 克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。地線設(shè)計的原則主要有： （1）對于工作頻率小于1MHz的低頻信號，布線和元器件間的電感影響比較小，但接地電路形成的環(huán)流干擾比較大，因而應(yīng)采用一點接地的方式，但是，對于工作頻率在1MHz～10MHz的信號，采用一點接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20。對于工作頻率大于10MHz的信號，隨著頻率的增大，其地線阻抗也變得很大，應(yīng)想辦法降低地線阻抗，可應(yīng)采用就近多點接地的方式。 （2）模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開；低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地；對于高頻和數(shù)字信號，屏蔽電纜兩端都接地；交流中線(交流地)與直流地嚴格分開，以免相互干擾，影響系統(tǒng)正常工作。 （3）接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在80～120mil以上。 （4）使用大面積接地銅箔。用大面積銅層作地線對未布線區(qū)域進行地線填充，但是要注意避免使用大面積實心銅箔，因為大面積實心銅箔經(jīng)過長時間受熱，易發(fā)生銅箔起皮脫落現(xiàn)象；對于必須用大面積銅箔的區(qū)域，可以用采用柵格替代，網(wǎng)狀柵格有利于排除銅箔與基板之間粘合劑受熱產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積接地銅箔，對貫穿的零件腳上(DIPPIN)鋪的銅箔采用熱焊盤處理。 3.2.3 布線的美觀設(shè)計 PCB設(shè)計中，不僅要考慮元器件放置的整齊有序，更要考慮走線的優(yōu)美流暢。在保證滿足國標標準要求和電路電氣規(guī)則的情況下，還應(yīng)注重布線的美觀設(shè)計，尤其是對于一些可能暴露在用戶面前的電路部分，布線的美觀設(shè)計，可能會影響為了產(chǎn)品的形象。 |
