PCB特殊走線的三種技巧分享

在講解PCB布線完成后的檢查工作之前，先為大家介紹三種PCB的特殊走線技巧。將從直角走線，差分走線，蛇形線三個(gè)方面來(lái)闡述PCB LAYOUT的走線：

一、直角走線(三個(gè)方面)

直角走線的對(duì)信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間;二是阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射;三是直角尖端產(chǎn)生的EMI,到10GHz以上的RF設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問(wèn)題的重點(diǎn)對(duì)象。

二、差分走線(“等長(zhǎng)、等距、參考平面”)

何為差分信號(hào)(Differential Signal)?通俗地說(shuō)就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào)，接收端通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對(duì)走線就稱為差分走線。差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比，最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三方面：

1)抗干擾能力強(qiáng)，因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可被完全抵消。

2)能有效抑制EMI,同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

3)時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。

三、蛇形線(調(diào)節(jié)延時(shí))

蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時(shí)，滿足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求。其中最關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)就是平行耦合長(zhǎng)度 (Lp)和耦合距離(S)，很明顯，信號(hào)在蛇形走線上傳輸時(shí)，相互平行的線段之間會(huì)發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大?？赡軙?huì)導(dǎo)致傳輸延時(shí)減小，以及由于串?dāng)_而大大降低信號(hào)的質(zhì)量，其機(jī)理可以參考對(duì)共模和差模串?dāng)_的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時(shí)的幾點(diǎn)建議：

1)盡量增加平行線段的距離(S)，至少大于3H,H指信號(hào)走線到參考平面的距離。通俗的說(shuō)就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應(yīng)。

2)減小耦合長(zhǎng)度Lp,當(dāng)兩倍的Lp延時(shí)接近或超過(guò)信號(hào)上升時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生的串?dāng)_將達(dá)到飽和。

3)帶狀線(Strip-Line)或者埋式微帶線(Embedded Micro-strip)的蛇形線引起的信號(hào)傳輸延時(shí)小于微帶走線(Micro-strip)。理論上，帶狀線不會(huì)因?yàn)椴钅４當(dāng)_影響傳輸速率。

4)高速以及對(duì)時(shí)序要求較為嚴(yán)格的信號(hào)線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。

5)可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線，能有效的減少相互間的耦合。

6)高速PCB設(shè)計(jì)中，蛇形線沒(méi)有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號(hào)質(zhì)量，所以只作時(shí)序匹配之用而無(wú)其它目的。

7)有時(shí)可以考慮螺旋走線的方式進(jìn)行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。

講完了PCB布線，那么布完線就完事了嗎?很顯然，不是!PCB布線后檢查工作也很必須，那么如何對(duì)PCB設(shè)計(jì)中布線進(jìn)行檢查，為后來(lái)設(shè)計(jì)鋪好路呢?請(qǐng)看下文!

通用PCB設(shè)計(jì)圖檢查項(xiàng)目

1)電路分析了沒(méi)有?為了平滑信號(hào)電路劃分成基本單元沒(méi)有?

2)電路允許采用短的或隔離開的關(guān)鍵引線嗎?

3)必須屏蔽的地方，有效地屏蔽了嗎?

4)充分利用了基本網(wǎng)格圖形沒(méi)有?

5)印制電路板的尺寸是否為最佳尺寸?

6)是否盡可能使用選擇的導(dǎo)線寬度和間距?

7)是否采用了優(yōu)選的焊盤尺寸和孔的尺寸?

8)照相底版和簡(jiǎn)圖是否合適?

9)使用的跨接線是否最少?跨接線要穿過(guò)元件和附件嗎?

l0)裝配后字母看得見(jiàn)嗎?其尺寸和型號(hào)正確嗎?

11)為了防止起泡，大面積的銅箔開窗口了沒(méi)有?

12)有工具定位孔嗎?

PCB電氣特性檢查項(xiàng)目：

1)是否分析了導(dǎo)線電阻、電感、電容的影響?尤其是對(duì)關(guān)鍵的壓降相接地的影析了嗎?

2)導(dǎo)線附件的間距和形狀是否符合絕緣要求?

3)在關(guān)鍵之處是否控制和規(guī)定了絕緣電阻值?

4)是否充分識(shí)別了極性?

5)從幾何學(xué)的角度衡量了導(dǎo)線間距對(duì)泄漏電阻、電壓的影向嗎?

6)改變表面涂覆層的介質(zhì)經(jīng)過(guò)鑒定了嗎?

PCB物理特性檢查項(xiàng)目：

1)所有焊盤及其位置是否適合總裝?

2)裝配好的印制電路板是否能滿足沖擊和振功條件?

3)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)元件的間距是多大?

4)安裝不牢固的元件或較重的部件固定好了嗎?

5)發(fā)熱元件散熱冷卻正確嗎?或者與印制電路板和其它熱敏元件隔離了嗎?

6)分壓器和其它多引線元件定位正確嗎?

7)元件安排和定向便于檢查嗎?

8)是否消除了印制電路板上和整個(gè)印制電路板組裝件上的所有可能產(chǎn)生的干擾?

9)定位孔的尺寸是否正確?

10)公差是否完全及合理?

11)控制和簽定過(guò)所有涂覆層的物理特性沒(méi)有?

12)孔和引線直徑比是否公能接受的范圍內(nèi)?

PCB機(jī)械設(shè)計(jì)因素：

雖然印制電路板采取機(jī)械方法支撐元件，但它不能作為整個(gè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)件來(lái)使用。在印制版的邊沿部分，至少每隔5英寸進(jìn)行一定的文撐。選擇和設(shè)計(jì)印制電路板必須考慮的因素如下;

1)印制電路板的結(jié)構(gòu)--尺寸和形狀。

2)需要的機(jī)械附件和插頭(座)的類型。

3)電路與其它電路及環(huán)境條件的適應(yīng)性。

4)根據(jù)一些因素，例如受熱和灰塵來(lái)考慮垂直或水平安裝印制電路板。

5)需要特別注意的一些環(huán)境因素，例如散熱、通風(fēng)、沖擊、振動(dòng)、濕度?；覊m、鹽霧以及輻射線。

6)支撐的程度。

7)保持和固定。

8)容易取下來(lái)。

PCB印制電路板的安裝要求：

至少應(yīng)該在印制電路板三個(gè)邊沿邊緣1英寸的范圍內(nèi)支撐。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，厚度為0.031--0.062英寸的印制電路板支撐點(diǎn)的間距至少應(yīng)為4英寸;厚度大于0.093英寸的印制電路板，其支撐點(diǎn)的間距至少應(yīng)為5英寸。采取這一措施可提高印制電路板的剛性，并破壞印制電路板可能出現(xiàn)的諧振。

某種印制電路板通常要在考慮下列因素之后，才能決定它們所采用的安裝技術(shù)。

1)印制電路板的尺寸和形狀。

2)輸入、輸出端接數(shù)。

3)可以利用的設(shè)備空間。

4)所希望的裝卸方便性。

5)安裝附件的類型。

6)要求的散熱性。

7)要求的可屏蔽性。

8)電路的類型及與其它電路的相互關(guān)系。

印制電路板的撥出要求：

1)不需要安裝元件的印制電路板面積。

2)插拔工具對(duì)兩印制電路板間安裝距離的影響。

3)在印制電路板設(shè)計(jì)中要專門準(zhǔn)備安裝孔和槽。

4)插撥工具要放在設(shè)備中使用時(shí)，尤其是要考慮它的尺寸。

5)需要一個(gè)插拔裝置，通常用鉚釘把它永久性地固定在印制電路板組裝件上。

6)在印制電路板的安裝機(jī)架中，要求特殊設(shè)計(jì)如負(fù)載軸承凸緣。

7)所用插拔工具與印制電路板的尺寸、形狀和厚度的適應(yīng)性。

8)使用插拔工具所涉及的成本，既包括工具的價(jià)錢，也包括所增加的支出。

9)為了緊固和使用插拔工具，而要求在一定程度上可進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

PCB機(jī)械方面的考慮：

對(duì)印制線路組裝件有重要影響的基材特性是：吸水性、熱膨張系數(shù)、耐熱特性、抗撓曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和硬度。

所有這些特性既影響印制電路板結(jié)構(gòu)的功能，也影響印制電路板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)率。

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，印制線路板的介質(zhì)基襯是下述幾種基材當(dāng)中的一種：

1)酚醛浸漬紙。

2)丙烯酸-聚酯浸漬無(wú)規(guī)則排列的玻璃氈。

3)環(huán)氧浸漬紙。

4)環(huán)氧浸漬玻璃布。

每種基材可以是阻燃的或是可燃的。上述1、2、3是可以沖制的。金屬化孔印制電路板最常用的材料是環(huán)氧-玻璃布，它的尺寸穩(wěn)定性適合于高密度線路使用，并且能使金屬化孔中產(chǎn)生裂紋的情況最少發(fā)生。

環(huán)氧-玻璃布層壓板的一個(gè)缺點(diǎn)是：在印制電路板的常用厚度范圍內(nèi)難以沖制，由于這個(gè)原因，所有的孔通常都是鉆出來(lái)的，并采用仿型銑作業(yè)以形成印制電路板的外形。

PCB電氣考慮：

在直流或低頻交流場(chǎng)合中，絕緣基材最重要的電氣特性是：絕緣電阻、抗電孤性和印制導(dǎo)線電阻以及擊穿強(qiáng)度。

而在高頻和微波場(chǎng)合中則是：介電常致、電容、耗散因素。

而在所有應(yīng)用場(chǎng)合中，印制導(dǎo)線的電流負(fù)載能力都是重要的。

導(dǎo)線圖形：

PCB布線路徑和定位

印制導(dǎo)線在規(guī)定的布線規(guī)則的制約下，應(yīng)該走元件之間最短的路線。盡可能限制平行導(dǎo)線之間的耦合。良好的設(shè)計(jì)，要求布線的層數(shù)最少,在相應(yīng)于所要求的封裝密度下，也要求采用最寬的導(dǎo)線和最大的焊盤尺寸。因?yàn)閳A角和平滑的內(nèi)圃角可能會(huì)避免可能產(chǎn)生的一些電氣和機(jī)械方面的問(wèn)題，所以應(yīng)該避免在導(dǎo)線中出現(xiàn)尖角和急劇的拐角。

PCB寬度和厚度：

剛性印制電路板蝕刻的銅導(dǎo)線的載流量。對(duì)于1盎司和2盎司的導(dǎo)線，考慮到蝕刻方法和銅箔厚度的正常變化以及溫差，允許降低標(biāo)稱值的10%(以負(fù)載電流計(jì));對(duì)于涂覆了保護(hù)層的印制電路板組裝件(基材厚度小于0.032英寸，銅箔厚度超過(guò)3盎司)則元件都降低15%;對(duì)于浸焊過(guò)的印制電路板則允許降低30%。

PCB導(dǎo)線間距：

必須確定導(dǎo)線的最小間距，以消除相鄰導(dǎo)線之間的電壓擊穿或飛弧。間距是可變的，它主要取決于下列因素：

1)相鄰導(dǎo)線之間的峰值電壓。

2)大氣壓力(最大工作高度)。

3)所用涂覆層。

4)電容耦合參數(shù)。

關(guān)鍵的阻抗元件或高頻元件一般都放得很靠近，以減小關(guān)鍵的級(jí)延遲。變壓器和電感元件應(yīng)該隔離，以防止耦合;電感性的信號(hào)導(dǎo)線應(yīng)該成直角地正交布設(shè);由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生任何電氣噪聲的元件應(yīng)該隔離，或者進(jìn)行剛性安裝，以防止過(guò)分振動(dòng)。

PCB導(dǎo)線圖形檢查：

1)導(dǎo)線是否在不犧牲功能的前提下短而直?

2)是否遵守了導(dǎo)線寬度的限制規(guī)定?

3)在導(dǎo)線間、導(dǎo)線和安裝孔間、導(dǎo)線和焊盤間……必須保證的最小導(dǎo)線間距留出來(lái)沒(méi)有?

4)是否避免了所有導(dǎo)線(包括元件引線)比較靠近的平行布設(shè)?

5)導(dǎo)線圖形中是否避免了銳角(90℃或小于90℃)?

PCB設(shè)計(jì)項(xiàng)目檢查項(xiàng)目列表：

1)檢查原理圖的合理性及正確性;

2)檢查原理圖的元件封裝的正確性;

3)強(qiáng)弱電的間距，隔離區(qū)域的間距;

4)原理圖和PCB圖對(duì)應(yīng)檢查，防止網(wǎng)絡(luò)表丟失;

5)元件的封裝和實(shí)物是否相符;