PCB設計中的常見問題——走線篇

板兒妹0517

走線是PCB設計中最重要的環節之一，接下來我們來看看工程師在PCB走線時經常會遇到哪些問題。

1、如何解決高速信號的手工布線和自動布線之間的矛盾?
答：現在較強的布線軟件的自動布線器大部分都有設定約束條件來控制繞線方式及過孔數目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設定項目有時相差甚遠。 例如, 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分對的走線間距等。 這會影響到自動布線出來的走線方式是否能符合設計者的想法。 另外, 手動調整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對的關系。 例如, 走線的推擠能力,過孔的推擠能力, 甚至走線對敷銅的推擠能力等等。所以, 選擇一個繞線引擎能力強的布線器, 才是解決之道。
2、差分信號線中間可否加地線?
差分信號中間一般是不能加地線。因為差分信號的應用原理最重要的一點便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處，如 flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會破壞耦合效應。
3、高頻信號布線時要注意哪些問題？
答：1.信號線的阻抗匹配；2.與其他信號線的空間隔離；3.對于數字高頻信號，差分線效果會更好；
4、高速中的蛇形走線，適合在那種情況？有什么缺點沒，比如對于差分走線，又要求兩組信號是正交的。
答：蛇形走線，因為應用場合不同而具不同的作用：
（1）如果蛇形走線在計算機板中出現，其主要起到一個濾波電感和阻抗匹配的作用，提高電路的抗干擾能力。計算機主機板中的蛇形走線，主要用在一些時鐘信號中，如PCI-Clk,AGPCIK,IDE,DIMM等信號線。
（2）若在一般普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機天線的電感線圈等等。如2.4G的對講機中就用作電感。
（3）對一些信號布線長度要求必須嚴格等長，高速數字PCB板的等線長是為了使各信號的延遲差保持在一個范圍內，保證系統在同一周期內讀取的數據的有效性（延遲差超過一個時鐘周期時會錯讀下一周期的數據）。如INTELHUB架構中的HUBLink，一共13根，使用233MHz的頻率，要求必須嚴格等長，以消除時滯造成的隱患，繞線是惟一的解決辦法。一般要求延遲差不超過1/4時鐘周期，單位長度的線延遲差也是固定的，延遲跟線寬、線長、銅厚、板層結構有關，但線過長會增大分布電容和分布電感，使信號質量有所下降。所以時鐘IC引腳一般都接;" 端接，但蛇形走線并非起電感的作用。相反地，電感會使信號中的上升沿中的高次諧波相移，造成信號質量惡化，所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍。信號的上升時間越小，就越易受分布電容和分布電感的影響。
（4）蛇形走線在某些特殊的電路中起到一個分布參數的LC濾波器的作用。

5、PCB板設計中電源走線的粗細如何選取？有什么規則嗎?
答：可以參考：0.15×線寬(mm)=A,也需要考慮銅厚
6、數據線并行布線是不是為了相互干擾？
答：并行走線要注意線與線的間距，防止串擾發生。
7、6層設計時，層的分配技巧，那些走線要走中間層 ？
答：看你的設計了。原則是保證模擬信號線和模擬地有單獨兩層。
8、多大頻率的晶振要考慮MCU與晶振間的走線方式？
答：晶振與MCU應盡量靠近，用最短的直線連接。
9、高速PCB，布線過程中過孔的避讓如何處理，有什么好的建議？
答：高速PCB，最好少打過孔，通過增加信號層來解決需要增加過孔的需求。
10、如何避免布線時引入的噪聲？
答：數字地與模擬地要單點接地，否則數字地回流會流過模擬地對模擬電路造成干擾。
11、見PCB板的布線折彎時有45度角和圓弧兩種，有何優缺點，怎么選擇？
答：從阻抗匹配的角度，這兩種線都可以做成匹配的彎角。但是圓角可能不好加工。
12、電路中有高速邏輯器件時，最大布線長度為多大？
答：布線不怕長，就怕不對稱或者有比較大的差，這樣容易因為時延造成錯誤的邏輯。

知識擴展：PCB布線的基本要求
1）優先布關鍵信號線或附有規則的信號線，規則檢查，要求有規則的關鍵信號線滿足相應
的約束規則；其次對非關鍵信號線走線，總體規則檢查，要求非關鍵信號線滿足普通的設計要求；綜合使用布線策略，解決沖突。
對布線進行后處理，以改善信號質量，利于加工。
2) 規則優先：若有規則存在，則優先布置有規則要求的信號線，然后布置非關鍵信號線。
3) 關鍵信號線優先：電源、摸擬信號、高速信號、時鐘信號、差分信號和同步信號等關鍵信號優先布線。
4) 密度優先：從單板上連接關系最復雜的器件著手布線，從單板上連線最密集的區域開始布線。
5）過孔、線寬、安全間距避免采用極限值。
6）走線到板邊的距離通常情況下需≥2mm，在不能滿足條件的情況下，至少保證不小于20mil；
7）盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關鍵信號提供專門的布線層，并保證其最小的回路面積。采用屏蔽和加大安全間距等方法，保證信號質量。
8）電源層和地層之間的EMC環境較差，應避免布置對干擾敏感的信號線。
9）遵循地線回路規則、串擾控制規則、屏蔽保護、倒角、器件去藕、3W、20H等規則。
（內容整理自網絡）
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chuchuda

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