带你读懂PCB设计的3W原则、20H原则及五五原则

有之人 · 发表于 2019-7-7 16:55:41

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。如下图所示。
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原则虽然易记，但要强调一点，这个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是够了；但兩层板，走线与参考层高度距离(45~55mils)，3W对高速信号走线可能不够。3W原则一般是在50欧姆特征阻抗传输线条件下成立。
3W原则是指多个高速信号线长距离走线的时候，其间距应该遵循3W原则，例如时钟线，差分线，视频、音频信号线，复位信号线及其他系统关键电路需要遵循3W原则，而并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则。
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20H原则：
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。在PCB设计中，可以将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。若电源层相对地层内缩20H，则可以将70%的电场限制在接地边沿内；若内缩100H则可以将98%的电场限制在内（其中H表示电源和地之间的介质厚度），针对EMC（电磁兼容）
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。这个规则经常被要求用来作为降低来自0V/电源平面结构的侧边射击发射技术(抑制边缘辐射效应)。
但是，20H规则仅在某些特定的条件下才会提供明显的效果。这些特定条件包括有：
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，这是一般的规则，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。