看得懂的PCB布線(xiàn)
PCB設計，在不少人眼中是體力活，然而一直以來(lái)，一個(gè)方案的前期，我都是親自布局布線(xiàn)，只有到了定型之后的一些修改才交給同事負責，但也會(huì )一一跟他們講解為什么要這樣布線(xiàn)。同事設計的PCB板，我也經(jīng)常點(diǎn)評一番，指出缺失的地方，這樣同事在PCB設計上都有較大的提高。
年前同事負責布的一塊步進(jìn)電機驅動(dòng)板，性能指標老是達不到文檔提到的性能，雖然能用，大電流丟步，高速上不去，波形差，在深入分析之后發(fā)現違背了一些PCB布線(xiàn)的基本原則，修改之后性能就非常好，這讓我再一次的感受到PCB布線(xiàn)的重要性，尤其是我們經(jīng)常做大功率電源、傳感器這類(lèi)對PCB布線(xiàn)要求極為嚴格的。
上幾天在msOS群中，網(wǎng)友“嗡嗡”提出PCB布線(xiàn)問(wèn)題，我有感于之前步進(jìn)電機布線(xiàn)引起的問(wèn)題，把這個(gè)PCB布線(xiàn)用常識來(lái)理解，通俗易懂、避開(kāi)電路回路、電磁場(chǎng)傳輸線(xiàn)等高深復雜，越講越講不清的東西，從根本上讓大家明白怎么回事，不被一些專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)約束，獲得群內網(wǎng)友的認同。
PCB布線(xiàn)，就是鋪設通電信號的道路連接各個(gè)器件，這好比修道路，連接各個(gè)城市通汽車(chē)，完全一回事。
道路建設要求一去一回兩條線(xiàn)，PCB布線(xiàn)同樣道理，需要形成一個(gè)兩條線(xiàn)的回路，對于低頻電路角度上講，是回路，對于高速電磁場(chǎng)來(lái)講，是傳輸線(xiàn)，最常見(jiàn)的如差分信號線(xiàn)。比如USB、網(wǎng)線(xiàn)等。對于傳輸線(xiàn)的阻抗特性等，本文不做進(jìn)一步講解，請參考“看得懂的電磁場(chǎng)理論”一文。
可以說(shuō)，差分信號線(xiàn)，是連接器件信號的理想模型。對信號要求越高的，越要靠近差分信號線(xiàn)。
當一塊板子器件非常多，若都按差分線(xiàn)布，一是PCB的面積太大，二是要布2N條線(xiàn)，工作量太大，難度也很大，于是人們針對實(shí)際需求提出了多層PCB的概念，最典型的就是雙面PCB板。把底部一層作為公共的參考回路，這樣布線(xiàn)只需要布N+1根即可，PCB版面也大大縮小。
公共參考回路，也就是大家常說(shuō)的參考地，針對大部分嵌入式行業(yè)來(lái)說(shuō)，信號因為數字化后對信號質(zhì)量要求不是很高，這樣采用整層的參考地，可以縮小板面，又提高效率，大大節約了時(shí)間，深受大家喜歡。實(shí)際上縮小板面就是縮短信號線(xiàn)長(cháng)度，也可以部分抵消因為參考地引起的信號質(zhì)量下降問(wèn)題，所以在實(shí)際中，這種引入參考地的PCB布線(xiàn)效果，基本接近差分線(xiàn)理想模型。到了今天，我們都習慣于這種方式，似乎PCB布線(xiàn)，就是要有一層參考地，沒(méi)有為什么。
在雙面板設計中，因為經(jīng)常有交叉線(xiàn)存在，需要跳線(xiàn)到地層做交叉線(xiàn)交換，這個(gè)需要特別指出的是，這個(gè)跳線(xiàn)不能太長(cháng)，若太長(cháng)，容易分割參考地，尤其是對于一些信號質(zhì)量要求高的線(xiàn)，底部的參考地不能被分割，。否則信號的回路被完全破壞，參考地失去了意義。所以一般的講，參考地層只適合做信號線(xiàn)的短跳線(xiàn)用，信號線(xiàn)盡量布頂層，或者引入更多層的PCB板。
路與路之間靠的太近容易出現影響，比如坐高鐵的時(shí)候，感覺(jué)的到對面開(kāi)來(lái)火車(chē)對自己所坐火車(chē)的影響。信號線(xiàn)也一樣，不能靠的太近，若信號線(xiàn)與信號線(xiàn)之間是平行的，一定要保持一定的距離，這個(gè)以實(shí)驗為準，并且底部要有很好的參考地。低頻小信號下，一般影響不是很大，高頻強信號是需要注意的。
對于高頻、大電流方面的PCB布線(xiàn)，比如開(kāi)關(guān)電源等，最忌諱的就是驅動(dòng)信號被輸出強電流、強電壓干擾。MOS管的驅動(dòng)信號，很容易受輸出強電流的影響，兩者要保持一定的距離，不要靠的太近。模擬音響時(shí)代，運放放大倍數過(guò)高，就會(huì )出現自激效應，原因同MOS管一樣。
PCB布線(xiàn)的載體是PCB板，一般參考地跟PCB板邊離1mm附近，信號線(xiàn)離參考地邊緣1mm附近，這樣把信號都約束在PCB板內，可以降低EMC輻射。
當對PCB設計還沒(méi)有概念的，就多想想我們日常的道路，兩者完全一致。
該文章轉載于：百能
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