3W原则
在PCB设计中为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持大部分电场不互相干扰,这就是3W规则。
满足3W原则能使信号间的串扰减少70%,而满足10W则能使信号间的串扰减少近98%。
3W原则一般是在50欧姆特征阻抗传输线条件下成立。
强调一点,3W原则成立是有先前条件的。从串扰成因的物理意义考量,要有效防止串扰,该间距与叠层高度、导线线宽相关。对于四层板,走线与参考平面高度距离(5-10mils),3W原则可以满足,但兩层板,走线与参考层高度距离(45-55mils),3W原则对高速信号走线可能不够。一般在设计过程中因走线过密无法所有的信号线都满足3W,可以只将敏感信号采用3W处理,比如时钟走线、差分线、视频、音频,复位线,以及其他系统关键电路。使用3W的原则基本出发点就是使走线间的耦合最小。
5W原则
同理,5W原则就是线中心间距不少于5倍线宽,一般针对电脑主板的平行对,调等长需要5W原则。
3H原则
H为到主参考平面的间距
因为相邻走线之间的串扰更多的来源于磁场耦合,但对于参考平面距离H较远时,相邻走线回流电流之间的相互干扰会比较大,需要注意3H原则。例如BUS信号组内间距按3H原则。
3W原则侧重于从磁场耦合方面考虑,3H原则侧重于从电场耦合方面考虑。
参考面通常指的是高速线,由于高速信号的趋肤效应(即趋于表面),同一个地层可以用作两个高速型号的参考面(top and bot),
所谓的在同一个平面也可以划分 地层与power层,不过这个是按区域划分的即大片地或者大片power ,信号参考其中一种net,形成阻抗的连续和完整的信号回路即够成参考面。
其中参考面的要点:参考层面完整(特别针对多组线)。最好参考一个层面,参考多个层面的话,会加大整个信号的磁通量,增加干扰。如果一定要用到多个参考层面,请遵循,磁通量最小原则。至于返回路径:总是延最小的阻抗路径返回。
说明:阻抗计算会涉及1。线宽 2。线距3。 参考层面的高度4。 是否为差分控制还是单根控制5。电介质常数6。铜箔厚度 这个是需要具体的工具去计算的。
5H原则
同理,5H原则就是线到参考平面的间距不少于5倍线宽,例如DDR不同组组间距为5H。
20H原则
H指电源平面与地平面之间的距离
20H规则的采用是指要确保电源平面的边缘要比0V平面边缘至少缩入相当于两个平面间层距的20倍。
由于电源层与地层之间的电场是变化的,在板的边缘会向外辐射电磁干扰。将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导(抑制边缘辐射效应)。
若电源层相对地层内缩10H,磁通泄漏就可以出现显著改变;
若电源层相对地层内缩20H,可以抑制70%的磁通泄漏;
若电源层相对地层内缩100H,可以抑制98%的磁通泄漏,
注:虽然100H有更好的抑制效果,但是电源平面与地平面边缘缩入在比20H更大时,会增加板间物理距离,而且不会使辐射电流显著减小。
20H规则仅在某些特定的条件下才会提供明显的效果。包括:
1.在电源总线中电流波动的上升/下降时间要小于1ns。
2. 电源平面要处在PCB的内部层面上,并且与它相邻的上下两个层面都为0V平面。这两个0V平面向外延伸的距离至少要相当于它们各自与电源平面间层距的20倍。
3. 在所关心的任何频率上,电源总线结构不会产生谐振。
4. PCB的总导数至少为8层或更多。
五五规则
印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板。
有的时候出于成本等因素的考虑,采用双层板结构时,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。