PCB设计小知识（一）

作者：林良胜

1、串扰

串扰的定义：

PCB上两条传输线在传输过程中产生的耦合引起串扰，串扰通常分为容性串扰和感性串扰两种。产生串扰的传输线被称为攻击线（干扰源）,而耦合受到干扰的传输线被称为受害线（被干扰对象）。通常情况下，一条传输线既是攻击线；也是受害线。

窜扰的主要表现是波形异常有杂波等，从而不同程度的影响信号完整性（SI，Signal integrity）。

容性串扰：

PCB上两条平行传输的传输线可以等效为一个电容，当然这电容容值很小，有时候却足以影响信号完整性。

当其中一传输线传输着高速信号时，传输引起的电容会不断的充放电，我们知道电容的特性是通交（交流）阻直（直流），高速信号会通过电容耦合到另外一条传输线上，使其信号完整性受影响。如果下图中两条传输线位于相邻上下层，且两层之间的间距很小，会引起等效电容的容值更大，使得容性串扰更严重。

感性串扰：

PCB上两条平行传输的传输线其中一条为高速信号传输时，产生交变磁场，这个交变磁场作用到另外一条传输线后，会在这条传输线内部产生感应电流。其原理类似于变压器，且容性串扰和感性串扰是同时存在的。

近端串扰：

传输线在传输过程中产生的耦合串扰，距离干扰源近的一端（后向的容性和感性串扰之和），近端串扰与两根传输线之间的线距离有关。

远端串扰：

传输线在传输过程中产生的耦合窜扰，距离干扰源远的一端（前向的容性和感性串扰之和），远端串扰与两根传输线之间的线距离、两根传输线并行的长度有关

PCB设计中减小串扰的方法：

1、在PCB设计过程中，布线尽量拉开间距满足3W

2、高速信号正确的源端端接可以有效效减小或消除反射，从而达到减小串扰

3、在高速信号、弱信号、敏感信号或者串扰较严重的两传输线之间添加一条地线，可以起到隔离屏蔽的作用。

4、微带线和带状线尽量减小走线到地平面的距离。

5、关键的高速信号采用差分线传输

6、在设计初期，层叠设计时，尽量使用信号相邻层是地或者电源平面，若两个信号层不得相邻，采用垂直布线，且根据阻抗等情况尽量加大两个信号层之间的间距。

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2、布线3W原则

3W原则的定义：

PCB设计中的布线3W原则，W是布线宽度，3W则是指一条传输线的中心到一条传输线的中心为3W(3倍线宽)

3W的作用：

满足3W原则时，传输线之间的串扰可以减少70%，在设计过程中，高速信号、弱信号及敏感信号都需要保持3W原则，差分则是4W，且根据情况配合包地处理，来最大幅度减少信号之间的串扰（如果是10W的话，串扰可以减少95%）。

3W的条件：

3W原则走线与参考平面的间距也有关系，例如六层板，布线层与参考平面的间距一般在5mil左右，布线间距遵循3W原则是可以有效减小传输线之间的串扰，但如果是两层板，布线层与参考平面的间距则在50mil左右，想要有效减少传输线之间的串扰，布线间距要大于3W

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3、隔离地线

隔离地线的定义：

隔离地线是指在PCB板上位于攻击线和受害线之间的地线，也称作屏蔽地线，包地线。

隔离地线的作用：

隔离地线位于攻击线和受害线之间，可以有效减少信号之间的分布电容，将信号与地线耦合，从而降低攻击线对受害线的串扰影响

隔离地线的设计须知：

隔离地线是解决串扰的其中一个方法，通常解决的是容性串扰，而感性串扰是通过空间磁力进行转移的，隔离地线并不能解决感性串扰，所以隔离地线并不能隔绝所有的串扰问题。因此对于高速数字信号，加入隔离地线的间距设计不当，甚至会有反作用，距离太近会影响传输线阻抗，太远起不到作用（隔离地孔也一样），在加入隔离地线间距过小时，遵循3W甚至4W原则是更为明智的选择。

隔离地线中添加地孔的作用：

1.能够使其信号就近回流，例如时钟、差分地孔

2.减小传输线之间的串扰，减小串扰可以简单分成以下两种情况：

（1）低频模拟信号，在隔离地线中打孔间距最好密集且小于信号的十分之一的波长。

（2）数字信号、高频信号，若是微带线则需要在隔离地线上密集的打地孔，若是带状线则隔离地线上大致固定距离打上过孔即可，避免形成STUB（尤其是头尾连接处及隔离地线中途的瓶颈处）。

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