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防止串扰的方法不止3W规则
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串扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服串扰的主要措施有:
加大平行布线的间距,遵循3W规则
在平行线间插入接地的隔离线
减小布线层与地平面的距离
3W规则
为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。
如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距。
实际PCB设计中,3W规则并不能完全满足避免串扰的要求。
按实践经验,如果没有屏蔽地线的话,印制信号线之间大于lcm以上的距离才能很好地防止串扰。
因此在PCB线路布线时,就需要在噪声源信号(如时钟走线)与非噪声源信号线之间,及受EFTlB、ESD等干扰的“脏“线与需要保护的“干净”线之间,不但要强制使用3W规则,而且还要进行屏蔽地线包地处理,以防止串扰的发生。
此外,为避免PCB中出现串扰,也应该从PCB设计和布局方面来考虑,例如:
1.根据功能分类逻辑器件系列,保持总线结构被严格控制。
2.最小化元器件之间的物理距离。
3.高速信号线及元器件(如晶振)要远离I/()互连接口及其他易受数据干扰及耦合影响的区域。
4.对高速线提供正确的终端。
5.避免长距离互相平行的走线布线,提供走线间足够的间隔以最小化电感耦合。
6.相临层(微带或带状线)上的布线要互相垂直,以防止层间的电容耦合。
7.降低信号到地平面的距离间隔。
8.分割和隔离高噪声发射源(时钟、I/O、高速互连),不同的信号分布在不同的层中。
9.尽可能地增大信号线间的距离,这可以有效地减少容性串扰。
10.降低引线电感,避免电路使用具有非常高阻抗的负载和非常低阻抗的负载,尽量使模拟电路负载阻抗稳定在loQ~lokQ之间。因为高阻抗的负载将增加容性串扰,在使用非常高阻抗负载的时候,由于工作电压较高,导致容性串扰增大,而在使用非常低阻抗负载的时候,由于工作电流很大,感性串扰将增加。
11.将高速周期信号布置在PCB酌内层。
12.使用阻抗匹配技术,以保BT证信号完整性,防止过冲。
13.注意对具有快速上升沿(tr≤3ns)的信号,进行包地等防串扰处理,将一些受EFTlB或ESD干扰且未经滤波处理的信号线布置在PCB的边缘。
14.尽量采用地平面,使用地平面的信号线相对于不使用地平面的信号线来说将获得15~20dB的衰减。
15.信号高频信号和敏感信号进行包地处理,双面板中使用包地技术将获得10~15dB的衰减。
16.使用平衡线,屏蔽线或同轴线。
17.对骚扰信号线和敏感线进行滤波处理。
18.合理设置层和布线,合理设置布线层和布线间距,减小并行信号长度,缩短信号层与平面层的间距,增大信号线间距,减小并行信号线长度(在关键长度范围内),这些措施都可以有效减小串扰。
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PCB设计中2大安全间距需要考虑
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PCB设计中有诸多需要考虑到安全间距的地方。在此,暂且归为两类:一类为电气相关安全间距,一类为非电气相关安全间距。
一、
电气相关安全间距
1、导线间间距
就主流PCB生产厂家的加工能力来说,导线与导线之间的间距最小不得低于4mil。最小线距,也是线到线,线到焊盘的距离。从生产角度出发,有条件的情况下是越大越好,比较常见的是10mil。
2、焊盘孔径与焊盘宽度
就主流PCB生产厂家的加工能力来说,焊盘孔径如果以机械钻孔方式,最小不得低于0.2mm,如果以镭射钻孔方式,最小不得低于4mil。而孔径公差根据板材不同略微有所区别,一般能管控在0.05mm以内,焊盘宽度最小不得低于0.2mm。
3、焊盘与焊盘之间的间距
就主流PCB生产厂家的加工能力来说,焊盘与焊盘之间的间距不得低于0.2mm。
4、铜皮与板边之间的间距
带电铜皮与PCB板边的间距最好不小于0.3mm。如上图所示,在Design-Rules-Boardoutline页面来设置该项间距规则。
如果是大面积铺铜,通常与板边需要有内缩距离,一般设为20mil。
在PCB设计以及制造行业,一般情况下,出于电路板成品机械方面的考虑,或者为避免由于铜皮裸露在板边可能引起卷边或电气短路等情况发生,工程师经常会将大面积铺铜块相对于板边内缩20mil,而不是一直将铜皮铺到板边沿。
这种铜皮内缩的处理方法有很多种,比如板边绘制keepout层,然后设置铺铜与keepout的距离。
此处介绍一种简便的方法,即为铺铜对象设置不同的安全距离,比如整板安全间距设置为10mil,而将铺铜设置为20mil,即可达到板边内缩20mil的效果,同时也去除了器件内可能出现的死铜。
二、
非电气相关的安全间距
1、字符宽度高度及间距
文字菲林在处理时不能做任何更改,只是将D-CODE小于0.22mm(8.66mil)以下的字符线条宽度都加粗到0.22mm,即字符线条宽度L=0.22mm(8.66mil),而整个字符的宽度=W1.0mm,整个字符的高度H=1.2mm,字符之间的间距D=0.2mm。
当文字小于以上标准时,加工印刷出来会模糊不清。
2、过孔到过孔间距(孔边到孔边)
过孔(VIA)到过孔间距(孔边到孔边)最好大于8mil。
3、丝印到焊盘距离
丝印不允许盖上焊盘。因为丝印若盖上焊盘,在上锡的时候丝印处将不能上锡,从而影响元器件装贴。
一般板厂要求预留8mil的间距为好。如果PCB板实在面积有限,做到4mil的间距也勉强可以接受。如果丝印在设计时不小心盖过焊盘,板厂在制造时会自动消除留在焊盘上的丝印部分以保证焊盘上锡。
当然在设计时具体情况具体分析。有时候会故意让丝印紧贴焊盘,因为当两个焊盘靠的很近时,中间的丝印可以有效防止焊接时焊锡连接短路,此种情况另当别论。
4、机械结构上的3D高度和水平间距
PCB上器件在装贴时,要考虑到水平方向上和空间高度上会不会与其他机械结构有冲突。
因此在设计时,要充分考虑到元器件之间、PCB成品与产品外壳之间和空间结构上的适配性,为各目标对象预留安全间距,保证在空间上不发生冲突即可。
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