電路也是路看得懂的PCB布線

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人氣：5502發布日期：2015-06-06 09:33【大中小】

PCB設計，在不少人眼中是體力活，然而一直以來，一個方案的前期，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責，但也會一一跟他們講解為什么要這樣布線。同事設計的PCB板，我也經常點評一番，指出缺失的地方，這樣同事在PCB設計上都有較大的提高。
年前同事負責布的一塊步進電機驅動板，性能指標老是達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，在深入分析之后發現違背了一些 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，尤其是我們經常做大功率電源、傳感器這類對PCB布線要求極為嚴格的。
在論壇中，看到很個網友提出的PCB布線問題，我有感于之前步進電機布線引起的問題，把這個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，不被一些專業術語約束，獲得大多網友的認同。
PCB布線，就是鋪設通電信號的道路連接各個器件，這好比修道路，連接各個城市通汽車，完全一回事。

看得懂的PCB布線

道路建設要求一去一回兩條線，PCB布線同樣道理，需要形成一個兩條線的回路，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、網線等。對于傳輸線的阻抗特性等，本文不做進一步講解，請參考“看得懂的電磁場理論”一文。
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。

看得懂的PCB布線

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來說，信號因為數字化后對信號質量要求不是很高，這樣采用整層的參考地，可以縮小板面，又提高效率，大大節約了時間，深受大家喜歡。實際上縮小板面就是縮短信號線長度，也可以部分抵消因為參考地引起的信號質量下降問題，所以在實際中，這種引入參考地的PCB布線效果，基本接近差分線理想模型。到了今天，我們都習慣于這種方式，似乎PCB布線，就是要有一層參考地，沒有為什么。
在雙面板設計中，因為經常有交叉線存在，需要跳線到地層做交叉線交換，這個需要特別指出的是，這個跳線不能太長，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影響，比如坐高鐵的時候，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，這個以實驗為準，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，比如開關電源等，最忌諱的就是驅動信號被輸出強電流、強電壓干擾。MOS管的驅動信號，很容易受輸出強電流的影響，兩者要保持一定的距離，不要靠的太近。模擬音響時代，運放放大倍數過高，就會出現自激效應，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，可以降低EMC輻射。
當對PCB設計還沒有概念的，就多想想我們日常的道路，兩者完全一致。

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