PCB规则的详细解释

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PCB规则的详细解释

1接地平面的作用

接地平面起到公共基准电压的作用，提供屏蔽，能够散热和减小寄生电感〔但它也会增加寄生电容〕的功能。

2什么缘故要在理想情形下，PCB有一层应该专门用作接地平面?

如此当整个平面不被破坏时才会产生最好的结果。千万不要挪用此专用层中接地平面的区域用于连接其它信号。由于接地平面能够排除导体和接地平面之间的磁场，因此能够减小印制线电感。假如破坏接地平面的某个区域，会给接地平面上面或下面的印制线引入意想不到的寄生电感。因为接地平面通常具有专门大的表面积和横截面积，因此使接地平面的电阻保持最小值。在低频段，电流会选择电阻最小的路径，然而在高频段，电流会选择阻抗最小的路径。

然而也有例外，有时候小的接地平面会更好。假如将接地平面从输入或者输出焊盘下挪开，高速运算放大器会更好地工作。因为在输入端的接地平面引入的寄生电容，增加了运算放大器的输入电容，减小了相位裕量，从而造成不稳固性。正如在寄生效应一节的讨论中所看到的，运算放大器输入端1 pF的电容能引起专门明显的尖脉冲。输出端的容性负载——包括寄生的容性负载——造成了反馈环路中的极点。这会降低相位裕量并造成电路变得不稳固。

3 什么缘故模拟电路和数字电路—包括各自的地和接地平面—应该分开。

模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会专门大，而模拟信号是需要一个洁净的地参考工作的。假如模拟地和数字地混在一起，噪声就会阻碍到模拟信号

快速的上升沿会造成电流毛刺流入接地平面。这些快速的电流毛刺引起的噪声会破坏模拟性能。模拟地和数字地〔以及电源〕应该被连接到一个共用的接地点以便降低循环流淌的数字和模拟接地电流和噪声。

二 信号的完整性(SI)

信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当


在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一因素导致的，而是由板级设计中多种因素共同引起的。专门是在高速电路中，所使用的芯片的切换速度过快、端接元件布设不合理、电路的互联不合理等都会引起信号的完整性问题。具体要紧包括串扰、反射、过冲与下冲、振荡、信号延迟等。



二 关于串扰〔crosstalk〕:

1 串扰的概念

串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。过大的串扰可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。

串扰是由电磁耦合形成的，耦合分为容性耦合和感性耦合两种。容性耦合是由于干扰源〔Aggressor〕上的电压变化在被干扰对象〔Victim〕上引起感应电流从而导致的电磁干扰，而感性耦合那么是由于干扰源上的电流变化产生的磁场在被干扰对象上引起感应电压从而导致的电磁干扰。因此，信号在通过一导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号：容性耦合信号与感性耦合信号。

2 串扰的特性

串扰是线间的信号耦合，在串扰存在的信号线中，干扰源常常也是被干扰对象，而被干扰对象同时也是干扰源；

串扰分为后向串扰和前向串扰两种，传输线上任意一点的串扰为二者之和。关于有着理想的地平面的带状传输线，由于它关于感性耦合和容性耦合有着专门好的平稳，因此感性耦合与容性耦合产生的电流大小相等、方向相反，从而使得前向串扰相互抵消，反向串扰相对加强。而关于非理想地平面或微带传输线，由于感性耦合的阻碍要大于容性耦合，从而使得前向串扰极性为负幅值大；

串扰大小与线间距成反比，与线平行长度成正比；

串扰随电路中负载的变化而变化，关于相同的拓扑结构和布线情形，负载越大，串扰越大；

串扰与信号频率成正比，在数字电路中，信号的边沿变化〔上升沿和下降沿〕对串扰的阻碍最大，边沿变化越快，串扰越大；

反向串扰在低阻抗驱动源处会向远端反射；


关于多条平行线的情形，其中某一线上的串扰为其它各条线各自对其串扰的综合结果，某些情形下，串扰能够对消；关于传输周期信号的信号线，串扰也是周期性的。



3 减小串扰的要紧方法

加大线间距，减小线平行长度，必要时能够以jog方式走线； 高速信号线在满足条件的情形下，加入端接匹配能够减小或排除反射，从而减小串扰；

关于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于地线平面10mil以内，能够显著减小串扰；

在布线空间承诺的条件下，在串扰较严峻的两条线之间插入一条地线，能够起到隔离的作用，从而减小串扰。

四 反射(reflection)

反射和我们所熟悉的光通过不连续的介质时都会有部分能量反射回来一样，确实是信号在传输线上的回波现象。现在信号功率没有全部传输到负载处，有一部分被反射回来了。在高速的PCB中导线必须等效为传输线，按照传输线理论，假如源端与负载端具有相同的阻抗，反射就可不能发生了。假如二者阻抗不匹配就会引起反射，负载会将一部分电压反射回源端。依照负载阻抗和源阻抗的关系大小不同，反射电压可能为正，也可能为负。假如反射信号专门强，叠加在原信号上，专门可能改变逻辑状态，导致接收数据错误。假如在时钟信号上可能引起时钟沿不单调，进而引起误触发。一样布线的几何形状、不正确的线端接、通过连接器的传输及电源平面的不连续等因素均会导致此类反射。另外常有一个输出多个接收，这时不同的布线策略产生的反射对每个接收端的阻碍也不相同，因此布线策略也是阻碍反射的一个不可忽视的因素。

五 过冲(overshoot)和下冲(undershoot)

过冲是由于电路切换速度过快以及上面提到的反射所引起的信号跳变，也确实是信号第一个峰值超过了峰值或谷值的设定电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起爱护二极管工作，导致过早地失效，严峻的还会损坏器件。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误。它们能够通过增加适当端接予以减少或排除。

六 振铃(ringing)

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