一文帶你看懂PCB設(shè)計(jì)中布線的重要性

PCB 設(shè)計(jì)，在不少人眼中是體力活，然而一直以來，一個(gè)方案的前期，我都是親自布局布線，只有到了定型之后的一些修改才交給同事負(fù)責(zé)，但也會一一跟他們講解為什么要這樣布線。

同事設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)上都有較大的提高。年前同事負(fù)責(zé)布的一塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板，性能指標(biāo)老是達(dá)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(xiàn)違背了一些 PCB 布線的基本原則，修改之后性能就非常好，這讓我再一次的感受到 PCB 布線的重要性，尤其是我們經(jīng)常做大功率電源、傳感器這類對 PCB 布線要求極為嚴(yán)格的。

在論壇中，看到很個(gè)網(wǎng)友提出的 PCB 布線問題，我有感于之前步進(jìn)電機(jī)布線引起的問題，把這個(gè) PCB 布線用常識來理解，通俗易懂、避開電路回路、電磁場傳輸線等高深復(fù)雜，越講越講不清的東西，從根本上讓大家明白怎么回事，不被一些專業(yè)術(shù)語約束，獲得大多網(wǎng)友的認(rèn)同。PCB 布線，就是鋪設(shè)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，完全一回事。道路建設(shè)要求一去一回兩條線，PCB 布線同樣道理，需要形成一個(gè)兩條線的回路，對于低頻電路角度上講，是回路，對于高速電磁場來講，是傳輸線，最常見的如差分信號線。比如 USB、網(wǎng)線等。

對于傳輸線的阻抗特性等，本文不做進(jìn)一步講解。可以說，差分信號線，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。雙面 PCB 板把底部一層作為公共的參考回路當(dāng)一塊板子器件非常多，若都按差分線布，一是 PCB 的面積太大，二是要布 2N 條線，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，也就是大家常說的參考地，針對大部分嵌入式行業(yè)來說，信號因?yàn)閿?shù)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(jié)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長度，也可以部分抵消因?yàn)閰⒖嫉匾鸬男盘栙|(zhì)量下降問題，所以在實(shí)際中，這種引入?yún)⒖嫉氐?PCB 布線效果，基本接近差分線理想模型。到了今天，我們都習(xí)慣于這種方式，似乎 PCB 布線，就是要有一層參考地，沒有為什么。

在雙面板設(shè)計(jì)中，因?yàn)榻?jīng)常有交叉線存在，需要跳線到地層做交叉線交換，這個(gè)需要特別指出的是，這個(gè)跳線不能太長，若太長，容易分割參考地，尤其是對于一些信號質(zhì)量要求高的線，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的短跳線用，信號線盡量布頂層，或者引入更多層的 PCB 板。路與路之間靠的太近容易出現(xiàn)影響，比如坐高鐵的時(shí)候，感覺的到對面開來火車對自己所坐火車的影響。信號線也一樣，不能靠的太近，若信號線與信號線之間是平行的，一定要保持一定的距離，這個(gè)以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)，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(qiáng)信號是需要注意的。對于高頻、大電流方面的 PCB 布線，比如開關(guān)電源等，最忌諱的就是驅(qū)動信號被輸出強(qiáng)電流、強(qiáng)電壓干擾。MOS 管的驅(qū)動信號，很容易受輸出強(qiáng)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(yùn)放放大倍數(shù)過高，就會出現(xiàn)自激效應(yīng)，原因同 MOS 管一樣。PCB 布線的載體是 PCB 板，一般參考地跟 PCB 板邊離 1mm 附近，信號線離參考地邊緣 1mm 附近，這樣把信號都約束在 PCB 板內(nèi)，可以降低 EMC 輻射。當(dāng)對 PCB 設(shè)計(jì)還沒有概念的，就多想想我們?nèi)粘５牡缆?，兩者完全一致?br />
審核編輯 黃昊宇