PCB工程師一定要掌握的必備技能：關鍵信號布線

板兒妹0517

作為一名PCB設計工程師，具備相關的設計能力是硬要求。在PCB布線規則中，有一條“關鍵信號線優先”的原則，即電源、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。接下來，我們不妨就來詳細了解下這些關鍵信號的布線要求。

模擬信號布線要求
模擬信號的主要特點是抗干擾性差，布線時主要考慮對模擬信號的保護。
對模擬信號的處理主要體現在以下幾點：
1. 為增加其抗干擾能力，走線要盡量短。
2. 部分模擬信號可以放棄阻抗控制要求，走線可以適當加粗。
3. 限定布線區域，盡量在模擬區域內完成布線，遠離數字信號。
高速信號布線要求
1. 多層布線
高速信號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。合理選擇層數能大幅度降低印板尺寸，能充分利用中間層來設置屏蔽，能更好地實現就近接地，能有效地降低寄生電感，能有效縮短信號的傳輸長度，能大幅度地降低信號間的交叉干擾等。
2. 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。高速信號布線電路布線的引線最好采用全直線，需要轉折，可用45°折線或圓弧轉折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強度，而在高速電路中，滿足這一要求卻可以減少高速信號對外的發射和相互間的耦合，減少信號的輻射和反射。
3. 引線越短越好
高速信號布線電路器件管腳間的引線越短越好。引線越長，帶來的分布電感和分布電容值越大，對系統的高頻信號的通過產生很多的影響，同時也會改變電路的特性阻抗，導致系統發生反射、振蕩等。
4. 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”，是指元件連接過程中所用的過孔越少越好。據測，一個過孔可帶來約0.5pf的分布電容，導致電路的延時明顯增加，減少過孔數能顯著提高速度。
5. 注意平行交叉干擾
高速信號布線要注意信號線近距離平行走線所引入的“交叉干擾”，若無法避免平行分布，可在平行信號線的反面布置大面積“地”來大幅度減少干擾。
6. 避免分枝和樹樁
高速信號布線應盡量避免分枝或者形成樹樁（Stub）。樹樁對阻抗有很大影響，可以導致信號的反射和過沖，所以我們通常在設計時應避免樹樁和分枝。采用菊花鏈的方式布線，將對信號的影響降低。

7. 信號線盡量走在內層
高頻信號線走在表層容易產生較大的電磁輻射，也容易受到外界電磁輻射或者因素的干擾。將高頻信號線布線在電源和地線之間，通過電源和底層對電磁波的吸收，所產生的輻射將減少很多。
時鐘信號布線要求
在數字電路設計中，時鐘信號是一種在高態與低態之間振蕩的信號，決定著電路的性能。時鐘電路在數字電路中點有重要地位，同時又是產生電磁輻射的主要來源。時鐘的處理方法也是在PCB布線時需要特別重視的。在一開始就理清時鐘樹，明確各種時鐘之間的關系，布線的時候就能處理得更好。并且時鐘信號也經常是EMC設計的難點，需要過EMC測試指標的項目尤其要注意。
時鐘線除了常規的阻抗控制和等長要求外，還需要注意以下問題：
1. 時鐘信號盡量選擇優選布線層。
2. 時鐘信號盡量不跨分割，更不要沿著分割區布線。
3. 注意時鐘信號與其他信號的間距，至少滿足3W。
4. 有EMC要求的設計，較長的時候線盡量選擇內層布線。
5. 注意時鐘信號的端接匹配。
6. 不要采用菊花鏈結構傳送時鐘信號，而應采用星型結構，即所有的時鐘負載直接與時鐘功率驅動器相互連接。
7. 所有連接晶振輸入/輸出端的導線盡量短，以減少噪聲干擾及分布電容對晶振的影響。
8. 晶振電容地線應使用盡量寬而短的導線連接至器件上；離晶振最近的數字地引腳，應盡量減少過孔。
9. 在數字電路中，通常的時鐘信號都是邊沿變化快的信號，對外串擾大。所以在設計中，時鐘線宜用地線包圍起來并多打地線也來減少分布電容，從而減少串擾；對高頻信號時鐘盡量使用低電壓關分時鐘信號并包地方式，需要注意包地打孔的完整性。
差分信號布線要求
差分信號，有些也稱差動信號，用兩根完全一樣，極性相反的信號傳輸一路數據，依靠兩根信號電平差進行判決。為了保證兩根信號完全一致，在布線時要保持并行，線寬、線間距保持不變。

在電路板上，差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。
1. 等長：等長是指兩條線的長度要盡量一樣長，是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性。減少共模分量。
2. 等寬等距：等寬是指兩條信號的走線寬度需要保持一致，等距是指兩條線之間的間距要保持不變，保持平行。
提醒：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。
（圖文來源：快點兒PCB學院、網絡）
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