PCB的地線,電源線,信號線怎樣設計

一、布線的總原則：(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置 ， 使布局便于信號流通 ， 并使信號盡可能保持一致的方向 。(2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接 。(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀 。而且裝焊容易，易于批量生產 。(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于 2mm 。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為 3:2 成 4:3.電路板面尺寸大于200×150mm 時。應考慮電路板所受的機械強度 。(5)電源線與地線（或者中性線）要按照“井”字形布線。二、導線寬度與間距的選擇與確定：

根據印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

印制導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為 0.05mm，寬度為 1~ 1.5mm 時。通過 2A 的電流，溫度不會高于 3 ℃ ，導線寬度為 1.5mm 可滿足要求。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選 0.02~0.3mm 導線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，導線可使間距小至 5~8mm。

線寬太小,則印刷導線電阻大,線上的電壓降也就大,影響電路的性能,線寬太寬,則布線密度不高,板面積增加,除了增加成本外,也不利于小型化.

地線，電源線，信號線之間的關系：

地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm 。

但是對大電流的話，如果電流負荷以20A/平方毫米計算,當覆銅箔厚度為0.5MM時,(一般為這么多,)則1MM(約40MIL)線寬的電流負荷為1A,因此,線寬取1--2.54MM(40--100MIL)能滿足一般的應用要求,大功率設備板上的地線和電源,根據功率大小,可適當增加線寬,而在小功率的數字電路上,為了提高布線密度,最小線寬取0.254--1.27MM(10--15MIL)就能滿足.

同一電路板中,電源線.地線比信號線粗.

按上面所說的計算，可以算出20A的電流要20MM

這是由于當電流密度確定后，線路的截面積必須與通過的電流成正比。當流通的電流過大時，線路將發(fā)熱而縮短壽命，嚴重時會影響周邊元器件的的穩(wěn)定性，或者被燒斷。地線，電源線，信號線之間的關系：

地線一般在1.5～3mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。

（1）高低壓電源線之間的布線在印制線路板上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關，通常情況下在2000V時板上要距離20mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應在35mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。我們做的電路板也有高低壓電路，把高低壓之間的電路間距用了10mm。

（2）導線之間的間距相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產，間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關技術條件允許導線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設計者在考慮電壓時應把這種因素考慮進去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當地加大，對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距。

（3）地線的走線印制導線的屏蔽與接地：印制導線的公共地線，應盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導線的公共地線最好形成環(huán)路或網狀，這是因為當在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數據的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強的秘訣；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設計在多層印制線路板的內層，信號線設計在內層和外層。

（4）信號線首先信號線要盡量的短，這個基本準則將降低無關信號耦合到信號路徑的可能性。一般標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以信號線系統(tǒng)的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

（5）接地方式A）. 串聯單點接地是指各個單元電路的接地線串聯后連向接地點，串聯單點接地的方式如圖2（a）所示，接地點由工作地線串聯起來，然后接地，圖2（b）則為其相對應的等效電路圖。

圖2

由以上三式可知A，B，C點的電位并不為零，且受其他電路電流的影響。從防止噪聲和抑制干擾的角度出發(fā)，這種接地方式是最不適用的。雖然這種接地方式很不合理．但由于比較簡單，采用這種接地方式的地方仍然很多，當各電路的電平相差不大時可以便用。在各電路的電平相差很大時，就不能使用，因為高電平電路將會產生根大的地電流，形成很大的地電位差并干擾到低電平電路中去。串聯單點接地因各單元共用一條地線，易引起公共地阻干擾。如圖三（a）所示．因中印制電路板上單元電路A是低電平模擬放大器，單元電路B是數字電路集成芯片，兩者接地點串聯后引出印制電路板外接地。而Z1，Z2是相應各段地線的阻抗。工作地線在這里既做電源的回流線又做信號的回流線，數字電路單元B的電源回流含有高頻成分，?在地線阻抗z1上的壓降將與輸入模擬信號疊加，加到低電平模擬放大器上，從而產生了共在阻抗干擾。為了消除圖三（a）中所示電路的共地阻抗干擾，可以對此進行改進成如圖三(b)所示的結構，即將模擬電源回路與數字電源回路完全分離。使用單點接地方式時，要把低電平電路放在距接地點最近的地方，即圖二中的A點，因為該點員接近于地電位。

圖三B)．并聯接地并聯單點接地是指各個單元電路的接地線各自分別引向接地點。獨立地線并聯單點接地的方式如圖四所示，圖中各單元電路分別用地線接于一個接地點，而圖四（b）則為其相對應的等效電路圖。

圖四由于并聯單點接地方式需要很多根地線，在印制電路板設計時采用起來是比較麻煩而且笨重的。由于分別接地，勢必會增加地線長度，進而增加了地線阻抗。另外，這種接地方式還會造成各地線相互之間的電感藕合，地線相互之間的分布電容也在地線之間形成電容藕合。隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感鍋臺及電容鍋臺都會增大，因此這種接地方式不適用于高頻。當頻率升高，特別是當地線長度是1／4波長的奇數倍時，地線阻抗變得很高，地線就變成了天線，向外輻射干擾信號。所以地線長度不應超過信號波長的1倍，以防止輻射，并降低地線阻抗。在采用并聯單點接地方式時，還必須注意要把最低電平的單元電路布置在靠近接地點的A處，以使B點及C點的電位受影響最小。一般我們都是把這兩種接地方式結合起來用，其基本原則為：首先，把容易產生相互干擾的電路各自分成小組，如把模擬電路和數字電路、小功率和大功率電路、低噪聲電路和高噪聲電路等區(qū)分開來；在每一個小組內采用單點串聯方式把小組內各電路的接地點串聯起來，選擇在電平最低的電路處作為小組接地點。在頻率較低，地線阻抗不大，組內各電路的電平又相差不大的情況下這種方式用得比較多，因為比較簡單，走線和電路圖相似，所以電路布線時比較容易。分組后再把各小組的接地點按單點并聯的方式分別連接到一個獨立的總接地點，混合接法的示意圖如下圖所示。

單點串聯和并聯混合接地方式

一般電子系統(tǒng)與設備中的地線至少有三種：信號地線、噪聲地線和金屬件地線。信號地線一般用于功率較小的電路，又可以進一步分為模擬電路地線和數字電路地線。噪聲地線用在高功率電路例如晶間管、繼電器、電動機等容易產生較高噪聲的電路。金屬件地線指設備機殼、機架和底板等，交流電源中的保護地線應與金屬件地線相連。電路板布線的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數字電路。一個基本的經驗準則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數字電路中的 dI/dt(電流隨時間的變化)效應，這一效應會改變地的電勢并會使噪聲進入模擬電路，數字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點除外。對于模擬電路，還有另外一點需要注意， 就是要將數字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點可以通過如下做法來實現：將模擬地平面單獨連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于數字電路就不需要這樣做， 數字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會出現問題。對于一個板子上包含高低頻信號，要將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件 。

三、電路板地線設計原則

(1)印制電路板布線中的“分地”原則所謂“分地”是指在設計印制電路板時首先應根據不同的電源電壓、數字電路和模擬電路、高速電路和低速電路以及大電流電路和小電流電路來分別布設地線分地的主要目的就是為了防止共地線阻抗耪合干擾。

根據電路功能模塊進行“分地”設計時的一般原則是：①低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，或采用部分串聯后再并聯接地；②高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短而粗；③高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。若印制電路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短面粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

（2）接地線應盡量加粗如果接地線采用很細的印制導線，則接地電位隨電流的變化而變化，從而降低了抗噪性能。因此應將接地線盡可能加粗，并且至少使它能通過三倍于印制電路板上的允許電流。當然，如有可能，接地線應在2mm一3mm以上。（3）數字電路接地線構成閉環(huán)電路對于在印制電路板上只數字電路所構成，則其接地電路應布成圓環(huán)路形式，這樣一般能提高抗噪聲能力。（4）接地與信號環(huán)路控制地層或信號返回環(huán)路是印制電路板上的EMI抑制的一個最重要的設計考慮。必須認真分析每一個與射頻噪聲電子電路產生的射頻電流相關的地單點連接，如在印制電路板地與底板大地之間的機械固定等。一般總是把高速的邏輯器件及振蕩器安排在盡可能接近地的單點連接點以最小化以渦流形式出現的到底殼地的射頻環(huán)路。