如今，仍然還能看到一些在20年前就常見(jiàn)的PCB布線(xiàn)的經(jīng)驗法則，它們現在還被廣泛遵守和適用嗎？確切的答案是“也許吧”。一些關(guān)于PCB設計論壇中的 遵守/避免布線(xiàn)法則，使得PCB設計者在這些規則也許不適用的地方要么遵守，要么忽略他們。一些情況下，這未必造成電路板設計失敗。正像一些有經(jīng)驗PCB設計者所說(shuō)，電路板是出于偶然的機會(huì )恰好可以正常工作。

關(guān)于PCB設計的經(jīng)驗法則的討論并不是說(shuō)他們是正確還是錯誤，問(wèn)題是這些討論往往缺乏應用場(chǎng)合的針對性，這樣也使得規則的討論時(shí)長(cháng)在論壇中被提起。本文希望將這些規則背后所適應的場(chǎng)景講清楚，希望將不同的規則在什么時(shí)候適用，什么時(shí)候需要避免闡釋準確。

PCB布線(xiàn)中常用經(jīng)驗法則

1、垂直布線(xiàn) 

垂直布線(xiàn)的規則是說(shuō)在相鄰信號層的引線(xiàn)需要相互垂直，以減少相互之間互感引起的串擾。在高頻信號中，通過(guò)電容耦合產(chǎn)生的串擾占主要成分，在垂直引線(xiàn)之間產(chǎn)生電流尖峰。

當信號的變化沿時(shí)間，或者頻率較低（小于幾個(gè)GHz），相鄰信號層垂直布線(xiàn)件的耦合電容干擾小。在射頻（RF）頻段（幾十個(gè)GHz），引線(xiàn)間交織產(chǎn)生空穴諧振，沒(méi)有被地線(xiàn)包圍導體結構會(huì )在一些特殊頻率點(diǎn)產(chǎn)生電磁諧振。此時(shí)即便引線(xiàn)間是垂直的，也會(huì )在它們之間引起強的串擾。

為了消除一切頻率點(diǎn)上的干擾，簡(jiǎn)單有效的方法就是采用多層板，在信號層之間使用隔離層。在當代信號高速變化的應用中尤其重要。當你對正交線(xiàn)之間耦合強度拿不準時(shí)，你需要使用基本串擾仿真軟件對垂直引線(xiàn)進(jìn)行檢查，看它們之間的串擾是否在噪聲容忍范圍之內。此時(shí)，你更需要對信號回流路徑進(jìn)行規劃，這在垂直布線(xiàn)中是一個(gè)主要的問(wèn)題。

2、散熱過(guò)孔

這是一個(gè)經(jīng)典的“遵守/避免”法則，常常引起爭論。一些PCB設計者說(shuō)他們從來(lái)不使用防止散熱過(guò)孔，并從未遇到焊接和組裝方面的問(wèn)題。而另外一批人則堅持防止散熱過(guò)孔需要在每一個(gè)平面相連的時(shí)候都需要使用。他們到底誰(shuí)對呢？

他們的觀(guān)點(diǎn)分別適用于不同的場(chǎng)合。如果你手工焊接電路板時(shí)，你需要提高烙鐵頭的溫度以補償焊接過(guò)孔在銅層散熱帶來(lái)的焊接問(wèn)題。但如果使用波峰焊接時(shí)，則需要使用防止散熱過(guò)孔來(lái)防止器件松脫、冷焊、立碑等現象，所以我建議你最好咬緊牙關(guān)堅持使用防止散熱過(guò)孔設計。

3、直角布線(xiàn)

這個(gè)PCB布線(xiàn)法則也許最令人又愛(ài)又恨。如今我仍然看到很多PCB設計者堅稱(chēng)在任何時(shí)候布線(xiàn)都不能夠拐直角，理由也是五花八門(mén)。比如他們說(shuō)電子在引線(xiàn)中運動(dòng)時(shí)拐直角彎困難，但他們也不想想，在電路板上的所有過(guò)孔可都是與引線(xiàn)垂直的呀。還有些理由顯得比較靠譜，比如通過(guò)45°拐角可以減少引線(xiàn)長(cháng)度，所有直角拐彎布線(xiàn)都需要倒角。還有的說(shuō)直角拐彎會(huì )在電路板酸性腐蝕液中產(chǎn)生酸蝕陷阱，在現在廣泛使用堿性電路板腐蝕液中則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

除非你的電路板工作在50GHz以上的高頻（涉及到毫米波雷達/5G通訊）電路，你無(wú)需擔心引線(xiàn)拐直角。實(shí)際上，在電路板布線(xiàn)時(shí)你可以使用任何你所喜歡的角度來(lái)鋪設引線(xiàn)。如果你所使用的的PCB設計軟件內置有電磁場(chǎng)求解功能這會(huì )使得你布線(xiàn)更加容易。

4、“3W”法則

也就是三條布線(xiàn)經(jīng)驗法則。第一個(gè)版本的"3W法則是說(shuō)，在相鄰兩條引線(xiàn)之間的間隔應該大于等于引線(xiàn)寬度的三倍 ，為的是降低引線(xiàn)之間的磁通量耦合，進(jìn)而減少引線(xiàn)間的電磁干擾。

這個(gè)法則也許忘記了，引線(xiàn)之間的電磁耦合是與引線(xiàn)回路重疊面積成正比，而不是引線(xiàn)之間的距離；因此將引線(xiàn)回路重疊面積降低，引線(xiàn)間距不用受到3W法則限制。就像前面垂直布線(xiàn)一樣，通過(guò)基本電磁干擾仿真可以檢查不同布線(xiàn)間距帶來(lái)的影響。

“3W”法則的另外一個(gè)版本是指在引線(xiàn)長(cháng)度匹配時(shí)所使用的鋸齒布線(xiàn)時(shí)，鋸齒寬度需要大于等于引線(xiàn)寬度的三倍，這可以將引線(xiàn)阻抗的不連續性降到最低。

5、“20H”法則

這個(gè)法則定義了PCB中的地線(xiàn)層與電源層之間重疊距離，在現代PCB設計時(shí)需要將電源鋪設在地線(xiàn)附近，這樣可以保證它們之間具有足夠的層間電容，進(jìn)而在高速電路板上減少電源波動(dòng)。

但實(shí)際測量結果會(huì )發(fā)現結果很復雜。有些時(shí)間結果標準名在300MHz時(shí)遵守20H法則可以降低電磁輻射。但在地線(xiàn)-電源層之間會(huì )出現高頻諧振，它們結構類(lèi)似于波導，反而會(huì )加重線(xiàn)路之間的高頻干擾。

所以在實(shí)際應用中，如果你的電路頻率在GHz以?xún)?，可以遵?0H法則，否則，20H法則有可能會(huì )帶來(lái)更糟糕的結果。