?3W原則?是指在PCB設(shè)計(jì)中，為了減少線(xiàn)間串?dāng)_，應(yīng)保證線(xiàn)間距足夠大，即兩根線(xiàn)之間的中心距離不少于3倍線(xiàn)寬。這個(gè)原則特別適用于高速信號(hào)線(xiàn)，如時(shí)鐘線(xiàn)、差分線(xiàn)、視頻、音頻信號(hào)線(xiàn)、復(fù)位信號(hào)線(xiàn)等。滿(mǎn)足3W原則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少70%，而滿(mǎn)足10W原則則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少近98%。需要注意的是，3W原則的成立與電路板的物理因素有關(guān)，如疊層高度和導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)寬。對(duì)于不同的PCB層疊結(jié)構(gòu)和線(xiàn)寬，3W原則的適用性可能會(huì)有所不同?。

?20H原則?關(guān)注的是電源層與地層之間的邊緣輻射效應(yīng)。在PCB設(shè)計(jì)中，將電源層內(nèi)縮相當(dāng)于兩個(gè)平面間層距的20倍，可以有效抑制邊緣輻射效應(yīng)，提高EMC性能。若內(nèi)縮20H，則可以將70%的電場(chǎng)限制在接地邊沿內(nèi);內(nèi)縮100H，則可以將98%的電場(chǎng)限制在內(nèi)。這個(gè)規(guī)則在特定條件下效果明顯，包括電源總線(xiàn)中電流波動(dòng)的上升/下降時(shí)間要小于1ns，電源平面處在PCB的內(nèi)部層面上，并且與它相鄰的上下兩個(gè)層面都為0V平面?12。

?五五原則?指的是當(dāng)時(shí)鐘頻率達(dá)到5MHz或脈沖上升時(shí)間小于5ns時(shí)，PCB板應(yīng)采用多層板設(shè)計(jì)。這一原則的核心在于，隨著信號(hào)頻率的提高和信號(hào)上升時(shí)間的縮短，單層或雙層板可能無(wú)法提供足夠的信號(hào)完整性，因此需要通過(guò)增加層數(shù)來(lái)改善信號(hào)傳輸性能和降低干擾。多層板設(shè)計(jì)可以更好地控制電磁干擾，提高EMC性能?。

PCB設(shè)計(jì)是必備技能之一，在PCB設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇見(jiàn)很多重要原則，來(lái)確保電路運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，其中最常見(jiàn)的莫過(guò)于3W原則、20H原則和五五原則，那么你知道它們的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)嗎?

1、3W原則

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是PCB設(shè)計(jì)中最小線(xiàn)寬(Width)的原則，規(guī)定了導(dǎo)線(xiàn)之間的最小距離，以此確保電路板在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生EMI問(wèn)題，需要注意的是，在高速電路中3W原則非常重要。

尤其是以下場(chǎng)合應(yīng)特別注意：

①導(dǎo)線(xiàn)間距小于0.3mm;②傳輸信號(hào)頻率大于100MHz;③元件引腳間距小于1.5mm。

2、20H原則

20H原則是PCB阻抗控制的重要原則之一，規(guī)定了導(dǎo)線(xiàn)和板材之間的阻抗匹配，以此確保信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和完整性，導(dǎo)線(xiàn)的寬度和板材的介電常數(shù)都會(huì)影響阻抗匹配。

在以下場(chǎng)合應(yīng)需要特別注意：

①傳輸信號(hào)的頻率大于1GHz;②對(duì)信號(hào)完整性要求較高的電路板;③需要進(jìn)行阻抗控制的電路板。

3. 五五規(guī)則

電路布局和信號(hào)完整性?xún)?yōu)化：

描述：五五規(guī)則建議使用最小的線(xiàn)寬和線(xiàn)間距，通常為5mil，以?xún)?yōu)化PCB布局密度和信號(hào)傳輸性能。

應(yīng)用場(chǎng)景：廣泛適用于模擬電路、數(shù)字電路和混合信號(hào)電路的設(shè)計(jì)中，特別是需要高密度布局和高頻率信號(hào)傳輸?shù)膽?yīng)用。

操作方法：

線(xiàn)寬和線(xiàn)間距設(shè)置：根據(jù)電路的復(fù)雜性和布局要求，選擇合適的線(xiàn)寬和線(xiàn)間距。通常采用最小的線(xiàn)寬和線(xiàn)間距，以增加布局的靈活性和元件的密集度。

信號(hào)完整性分析：利用仿真工具或?qū)崪y(cè)方法，分析和優(yōu)化信號(hào)線(xiàn)的布局，減少串?dāng)_和信號(hào)損失，提高信號(hào)傳輸?shù)木_性和穩(wěn)定性。

制造成本控制：通過(guò)優(yōu)化PCB的布局設(shè)計(jì)，減少層次和材料成本，以降低整體制造成本。

示例：在設(shè)計(jì)一款高性能數(shù)字信號(hào)處理器的PCB時(shí)，工程師采用五五規(guī)則來(lái)優(yōu)化數(shù)字信號(hào)的布局，確保信號(hào)線(xiàn)之間的良好隔離和最小的信號(hào)傳輸損失，同時(shí)保持高密度布局和高性能要求。

通過(guò)以上擴(kuò)展，我們更詳細(xì)地理解了3W原則、20H原則和五五規(guī)則在不同電路類(lèi)型中的具體應(yīng)用場(chǎng)景和操作方法，幫助工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中更有效地優(yōu)化電路性能、提高可靠性和降低制造成本。

五五原則的重要性

信號(hào)完整性

在高速信號(hào)傳輸中，信號(hào)完整性是一個(gè)關(guān)鍵因素。五五原則通過(guò)推薦使用多層板，有助于減少信號(hào)傳輸中的反射和串?dāng)_，從而維護(hù)信號(hào)的完整性。

電磁兼容性(EMC)

多層板設(shè)計(jì)可以更好地控制電磁干擾，提高電路的電磁兼容性。在高速或高頻應(yīng)用中，遵循五五原則有助于減少電磁輻射和敏感度問(wèn)題。

帶寬與上升時(shí)間的關(guān)系

根據(jù)五五原則的上升時(shí)間5ns，我們可以使用經(jīng)驗(yàn)公式BW = 0.35/Tr 來(lái)計(jì)算帶寬BW。

將Tr = 5ns代入公式中，計(jì)算得到：

BW=0.35/Tr=0.35/5=0.07 GHz

將GHz轉(zhuǎn)換為MHz(因?yàn)?GHz = 1000MHz)，我們得到：

BW=0.07×1000 MHz=70 MHz

所以，上升時(shí)間為5ns的信號(hào)的帶寬BW大約是70MHz。

另，上升時(shí)間(Tr)通常定義為信號(hào)從最大穩(wěn)態(tài)值的10%變化到90%所需的時(shí)間。

如何使用

3W原則、20H原則和五五規(guī)則適用于不同類(lèi)型的電路。例如：

在功率電子電路中，3W原則尤為重要，因?yàn)樗P(guān)系到電路的散熱性能和穩(wěn)定性。

而在高速數(shù)字電路中，20H原則的應(yīng)用則更加關(guān)鍵，以確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。

五五規(guī)則則廣泛適用于各種電路類(lèi)型，幫助工程師優(yōu)化元件布局和走線(xiàn)設(shè)計(jì)，提高電路的整體性能。