PCB 高頻電路板設(shè)計的15個要點

根據(jù) 50 歐姆阻抗線寬進行布線，盡量從焊盤中心出線，線成直線，盡量走在表層。在需要拐彎的地方做成45 度角或圓弧走線，推薦在電容或電阻兩邊進行拐彎。如果遇到器件走線匹配要求的，請嚴(yán) 格按照datasheet上面的參考值長度走線。比如，一個放大管與電容 之間的走線長度(或電感之間的走線長度)要求等等。

1、通用做法

在進行PCB 設(shè)計時，為了使高頻電路板的設(shè)計更合理，抗干擾性能更好，應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）合理選擇層數(shù) 在 PCB 設(shè)計中對高頻電路板布線時，利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生電感、縮短信號線長度、 降低信號間的交叉干擾。

（2）走線方式 走線必須按照 45°角拐彎或圓弧拐彎，這樣可以減小高頻信號的發(fā)射和相互之間的耦合。

（3）走線長度 走線長度越短越好，兩根線并行距離越短越好。

（4）過孔數(shù)量 過孔數(shù)量越少越好。

（5）層間布線方向 層間布線方向應(yīng)該取垂直方向，就是頂層為水平方向，底層為 垂直方向，這樣可以減小信號間的干擾。

（6）敷銅 增加接地的敷銅可以減小信號間的干擾。

（7）包地 對重要的信號線進行包地處理，可以顯著提高該信號的抗干擾 能力，當(dāng)然還可以對干擾源進行包地處理，使其不能干擾其他信號。

（8）信號線 信號走線不能環(huán)路，需要按照菊花鏈方式布線。

2、布線優(yōu)先次序

關(guān)鍵信號線優(yōu)先：摸擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線?
密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線 最密集的區(qū)域開始布線?
注意點：
a、盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關(guān)鍵信號提供專門的布線層，并保證其最小的回路面積。必要時應(yīng)采取手工優(yōu)先布線、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號質(zhì)量。?
b、電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差，應(yīng)避免布置對干擾敏感的信號。
c、有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量按線長線寬要求布線。

3、時鐘的布線

時鐘線是對EMC 影響最大的因素之一。在時鐘線上應(yīng)少打過孔，盡量避免和其它信號線并行走線，且應(yīng)遠(yuǎn)離一般信號線，避免對信號線的干擾。同時應(yīng)避開板上的電源部分，以防止電源和時鐘互相干擾。
如果板上有專門的時鐘發(fā)生芯片，其下方不可走線，應(yīng)在其下方鋪銅，必要時還可以對其專門割地。對于很多芯片都有參考的晶體振蕩器，這些晶振下方也不應(yīng)走線，要鋪銅隔離。

4、直角走線

直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，那么直角走線究竟會對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說，直角走線會使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)。其實不光是直角走線，頓角，銳角走線都可能會造成阻抗變化的情況。
直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面：
一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時間；
二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；
三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。

5、銳角

（1）對于高頻電流來說，當(dāng)導(dǎo)線的拐彎處呈現(xiàn)直角甚至銳角時，在靠近彎角的部位，磁通密度及電場強度都比較高，會輻射較強的電磁波，而且此處的電感量會比較大，感抗便也比鈍角或圓角要大一些。

（2）對于數(shù)字電路的總線布線來說，布線拐彎呈現(xiàn)鈍角或圓角，布線所占的面積比較小。在相同的線間距條件下，總的線間距所占的寬度要比直角拐彎的少0.3倍。

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6、差分走線

參看：差分布線和阻抗匹配

差分信號（Differential Signal）在高速電路設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛，電路中最關(guān)鍵的信號往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計.定義:通俗地說，就是驅(qū)動端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。

差分信號和普通的單端信號走線相比，最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三個方面： ? ? ?a.抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當(dāng)外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。 ? ? b.能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合地越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

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

對于PCB工程師來說，最關(guān)注的還是如何確保在實際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢。也許只要是接觸過Layout的人都會了解差分走線的一般要求，那就是“等長、等距”。 等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；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射?！氨M量靠近原則”有時候也是差分走線的要求之一。

7、蛇形線

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，滿足系統(tǒng)時序設(shè)計要求。設(shè)計者首先要有這樣的認(rèn)識：蛇形線會破壞信號質(zhì)量，改變傳輸延時，布線時要盡量避免使用。但實際設(shè)計中，為了保證信號有足夠的保持時間，或者減小同組信號之間的時間偏移，往往不得不故意進行繞線。

注意點: 成對出現(xiàn)的差分信號線，一般平行走線，盡量少打過孔，必須打孔時，應(yīng)兩線一同打孔，以做到阻抗匹配。 相同屬性的一組總線，應(yīng)盡量并排走線，做到盡量等長。從貼片焊盤引出的過孔盡量離焊盤遠(yuǎn)些。

9、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

對每個從事電子產(chǎn)品設(shè)計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：

（1）眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。 （2）盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm 對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) （3）用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。

對于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進而導(dǎo)致信號線在地層的回路面積增大。?

地線回路規(guī)則：

環(huán)路最小規(guī)則，即信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。?

器件去耦規(guī)則：?

A. 在印制版上增加必要的去耦電容，濾除電源上的干擾信號，使電源信號穩(wěn)定。在多層板中，對去耦電容的位置一般要求不太高，但對雙層板，去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時甚至關(guān)系到設(shè)計的成敗。? B. 在雙層板設(shè)計中，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波再供器件使用。? C. 在高速電路設(shè)計中，能否正確地使用去耦電容，關(guān)系到整個板的穩(wěn)定性。?

10、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。

11、信號線布在電（地）層上??

在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

12、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理? ?

在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。

13、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。

標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

14、設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）

布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

（1）線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 （2）電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。 （3）對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。 （4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。 （5）后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會造成信號短路。 （6）對一些不理想的線形進行修改。 （7）在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。 （8）多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。?

15、檢查3W、3H原則

為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時，則可保持70%的電場不互相干擾，稱為3W規(guī)則。如要達(dá)到98%的電場不互相干擾，可使用10W的間距。

（1）時鐘、復(fù)位、100M以上信號以及一些關(guān)鍵的總線信號等與其他信號線布線必須滿足3W原則，同層和相鄰層無較長平行走線，且鏈路上過孔盡量少。

（2）高速信號的過孔數(shù)量問題，有些器件指導(dǎo)書上一般對高速信號的過孔數(shù)量要求比較嚴(yán)格，咨詢互連的原則的是除了必須的管腳fanout過孔外，嚴(yán)禁在內(nèi)層打多余的過孔，他們布過8G的PCIE 3.0的走線，也打過4個過孔，沒有問題。

（3）同層時鐘及高速信號中心距需嚴(yán)格滿足3H（H為走線層到回流平面間距）；相鄰層的信號嚴(yán)禁重疊，建議也滿足3H的原則，關(guān)于上述的串?dāng)_問題，有工具可以檢查的。

主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時盡量縮短高頻部分的布線長度。 對混合電路，也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線，中間用地層隔離的方式。?

編輯：黃飛

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