PCB 布線對于確保電子設(shè)計的功能性、信號完整性、可制造性和可靠性至關(guān)重要。導(dǎo)線不僅僅是組件互連或電源分配路徑，通過有效的布線，工程師可以最大限度地減少信號衰減、串?dāng)_和電磁干擾（EMI）。精確的阻抗控制對于保持信號完整性至關(guān)重要，因為高阻抗導(dǎo)線對噪聲更敏感。

謹(jǐn)慎的組件布局和布線有助于故障診斷和測試程序，加快調(diào)試速度，并減少上市時間和開發(fā)成本。此外，策略性的布線決策可以促進(jìn)設(shè)計未來的修改和變更。通過留出擴展空間，使用模塊化布線技術(shù)并遵守設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，PCB 布局對未來的修改或升級更加靈活。

PCB 設(shè)計中的導(dǎo)線和傳輸線

走線是導(dǎo)電通路，用于信號傳輸、電源分配或接地連接等不同目的。傳輸線是一種特定類型的走線，它遵循某些設(shè)計指南和特性，以確保在高頻情況下正確傳輸信號。這些指南可能包括控制諸如阻抗、長度和布線拓?fù)涞葏?shù)，以滿足傳輸信號的要求。

例如，在高速串行通信標(biāo)準(zhǔn)如 USB 或 PCIe 中，信號傳輸線通常需要精確控制阻抗和長度匹配，以確保信號同時到達(dá)目的地，最小化偏移并確保可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

PCB 布線的一般注意事項

設(shè)計師通常應(yīng)盡量縮短走線長度，以保持信號完整性，通過減少干擾、串?dāng)_和信號衰減。由于電壓會隨距離下降，較長的走線更容易導(dǎo)致這些問題。與窄走線類似，長走線也表現(xiàn)出更高的電阻，從而導(dǎo)致信號衰減增加，可能使接收端的信號變?nèi)?。此外，長走線可能充當(dāng)天線，特別是在易受干擾的設(shè)計中，這些設(shè)計使用對拾取噪聲敏感的組件，如射頻應(yīng)用。

類似于寬度和長度，設(shè)計師必須以在走線之間留出足夠空間的方式布線。間距過窄會導(dǎo)致相鄰走線之間產(chǎn)生顯著的串?dāng)_，最終導(dǎo)致信號衰減。作為一般性經(jīng)驗法則，介電厚度三倍通常是布線間距的合適下限。出于類似的原因，走線不應(yīng)在較大距離內(nèi)平行運行而沒有足夠的間隔。相反，設(shè)計師應(yīng)發(fā)散平行運行的走線，以使它們分開，并盡可能縮短平行段。

走線寬度對于確保信號完整性和控制阻抗至關(guān)重要。設(shè)計人員應(yīng)保持走線寬度一致，以避免改變每單位長度的走線電阻，從而導(dǎo)致走線變窄時由于電阻增加而電壓降增大。此外，走線寬度的變化會影響傳輸線的分布電容。每單位長度的電容與走線寬度成反比，因此較細(xì)的走線具有更高的電容。傳輸線上的電容變化會影響特性阻抗并引入信號失真。

路由順序和差分對路由技術(shù)

雖然沒有一種適用于所有情況的布線方法，但通常先布置最關(guān)鍵信號的走線，然后依次處理電源線和平面，是大多數(shù)設(shè)計師可以遵循的正確方法。這樣做使他們能夠?qū)⑾嗨频男盘栆约霸醋曰蚪K止于同一子電路的信號進(jìn)行分組。應(yīng)避免在敏感元件（如振蕩器和射頻模塊）下方布線，以降低信號干擾和噪聲耦合的風(fēng)險。同樣，信號傳輸?shù)淖呔€應(yīng)始終運行在合適的參考平面上。

差分對應(yīng)該始終一起布線，以確保它們的長度相同。設(shè)計人員必須選擇合適的布線技術(shù)，承認(rèn)每種方法的潛在優(yōu)點、缺點和目標(biāo)應(yīng)用。平行布線在走線之間保持等距，確保兩條走線經(jīng)歷相似的環(huán)境條件和平衡的阻抗。邊緣耦合布線通過利用參考平面的相鄰邊緣來最小化串?dāng)_。微帶布線將走線放置在 PCB 表面上，下方有一個接地平面，而帶狀布線則在兩個接地平面之間放置走線，以獲得更好的信號完整性和 EMI 屏蔽。

最終，走線應(yīng)盡可能短，同時確保它們之間有足夠的間距以保持信號完整性并減輕串?dāng)_等問題?，F(xiàn)代布線工具和 PCB 設(shè)計軟件通常允許自動計算和模擬各種物理特性，以匹配設(shè)計的阻抗要求。

過孔及其在 PCB 布線中的作用

過孔在阻抗控制中起著至關(guān)重要的作用，通過在不同特性阻抗的層之間轉(zhuǎn)換信號，確保信號完整性。合理放置的過孔有助于最小化信號路徑長度，減少反射，并優(yōu)化信號傳輸質(zhì)量。過孔成對出現(xiàn)（信號和地過孔），應(yīng)放置在需要它們的地方附近，以最小化信號路徑長度并減少 EMI。

不同類型的過孔提供不同的電氣特性、布線靈活度和制造復(fù)雜性。通孔過孔貫穿整個 PCB，在所有層之間提供電氣連接。盲孔連接外層到一個或多個內(nèi)層，而不會跨越整個板的厚度，提供更多的布線靈活性并減少信號路徑長度。埋孔連接內(nèi)層而不穿透外層，允許更密集的 PCB 布局。交錯孔，也稱為偏移孔，是通過在不同層上鉆重疊的孔形成的，減少信號反射并提高阻抗控制。微孔是用于高密度互連（HDI）PCB 設(shè)計的小直徑過孔，實現(xiàn)更精細(xì)的間距布線和更高的布線密度。它們通常由激光鉆削，并在緊湊型電子設(shè)備中提供改進(jìn)的信號完整性和可制造性。

鉆孔的物理特性，包括孔徑大小、焊盤大小和反焊盤大小，會影響信號完整性?？讖街傅氖窃阢@孔中形成的導(dǎo)電圓柱體。焊盤是圍繞孔的暴露銅表面，而反焊盤是在過孔孔周圍的無銅間隙區(qū)域，可以防止意外的電氣連接或短路。較大的孔徑和焊盤大小可以減少阻抗和信號損耗，而較小的反焊盤大小有助于最小化信號失真和電磁干擾。

此外，過孔在為信號提供返回電流路徑方面起著至關(guān)重要的作用，完成電流的回路。設(shè)計合理且精心放置的過孔有助于確保返回電流具有低阻抗路徑到其源，從而最小化電磁干擾并保持信號完整性。通過在信號跡線和地平面附近策略性地放置過孔，設(shè)計人員可以優(yōu)化返回路徑并減少潛在的噪聲和信號失真問題。

以可制造性為前提的布線

布線 PCB 走線任務(wù)還包括確保遵循可制造性指南。設(shè)計人員應(yīng)保持最小的走線寬度和間距，以防止制造問題，如酸陷。應(yīng)避免銳角彎曲，因為它們可能導(dǎo)致信號完整性問題和制造挑戰(zhàn)。此外，設(shè)計人員應(yīng)注意凈空要求，以防止短路并確保適當(dāng)?shù)淖韬笇痈采w。

最后，更復(fù)雜的設(shè)計通常制造成本更高，并且通常有更長的交付時間。因此，設(shè)計人員必須平衡他們項目的成本和上市時間限制以及設(shè)計的電氣、技術(shù)和物理要求。

與應(yīng)用相關(guān)的 PCB 布線要求、標(biāo)準(zhǔn)和限制

PCB 分為 2 類或 3 類，這會顯著影響 PCB 布線指南和標(biāo)準(zhǔn)。3 類 PCB 通常用于航空航天和國防（A&D）應(yīng)用，其設(shè)計規(guī)則比主要用于商業(yè)應(yīng)用的 2 類 PCB 更為嚴(yán)格。

例如，A&D 應(yīng)用需要遵循 MIL-PRF-31032 和 MIL-STD-275 等標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軍用和航空航天系統(tǒng)中使用的 PCB 的性能要求和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了 PCB 設(shè)計的各個方面，包括材料選擇、走線布線、過孔放置和標(biāo)準(zhǔn)化的測試程序。

遵循這些標(biāo)準(zhǔn)可以確保可靠性、性能以及與通常嚴(yán)格的 A&D 應(yīng)用要求的兼容性。設(shè)計人員必須考慮 PCB 的分類和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以有效地實施滿足預(yù)期應(yīng)用特定可靠性和性能要求的布線策略。

摘要

傳輸線是一種特殊的走線，需要仔細(xì)設(shè)計以保持阻抗并最小化信號衰減，特別是在 USB 或 PCIe 等高頻應(yīng)用中。精確的阻抗控制至關(guān)重要，因為阻抗失配會導(dǎo)致信號失真和損耗。通常，走線應(yīng)盡可能短，其寬度應(yīng)足夠且在整個長度上保持一致，以防止單位長度物理特性的波動。

過孔在信號層間轉(zhuǎn)換、控制阻抗和提供返回路徑方面起著至關(guān)重要的作用，設(shè)計良好的過孔可以縮短信號路徑長度、減少反射并優(yōu)化信號傳輸。不同類型的過孔提供不同的靈活性和電氣特性。除了類型之外，每個過孔的物理特性還會進(jìn)一步影響信號完整性。較大的桶狀和焊盤尺寸通?？梢越档妥杩购托盘枔p耗，而較小的反焊盤尺寸有助于最小化信號失真和 EMI。

布線應(yīng)從最重要的信號開始，逐步向電源線進(jìn)行。差分對應(yīng)該始終一起布線，以確保它們具有相同的長度。設(shè)計人員必須選擇合適的布線技術(shù)，承認(rèn)每種方法的潛在優(yōu)點、缺點和目標(biāo)應(yīng)用。