【技術(shù)方案】PCB五大設(shè)計(jì)難題，解決方法都在這里了

什么叫做 20H 原則？

20H 原則是指電源層相對(duì)地層內(nèi)縮 20H 的距離，H 表示電源層與地層的距離，當(dāng)然也是為抑制邊緣輻射效應(yīng)。

在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾 —— 將電源層內(nèi)縮，使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)，有效的提高了 EMC。若內(nèi)縮 20H 則可以將 70%的電場限制在接地邊沿內(nèi)；內(nèi)縮 100H 則可以將 98% 的電場限制在內(nèi)。

我們要求地平面大于電源或信號(hào)層，這樣有利于防止對(duì)外輻射干擾和屏蔽外界對(duì)自身的干擾，一般情況下在 PCB 設(shè)計(jì)的時(shí)候把電源層比地層內(nèi)縮 1mm 基本上就可以滿足 20H 的原則。

在 PCB 設(shè)計(jì)中如何來體現(xiàn) 3W 原則與 20H 原則？

第一，3W 原則，在 PCB 設(shè)計(jì)中很容易體現(xiàn)，保證走線與走線的中心間距為 3 倍的線寬即可，如走線的線寬為 6mil。那么為了滿足 3W 原則，在 Allegro 設(shè)置線到線的規(guī)則為 12mil 即可，軟件中的間距是計(jì)算邊到邊的間距，如圖所示：

PCB 中 3W 原則示意圖

第二，20H 原則，在 PCB 設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了體現(xiàn) 20H 原則，我們一般在平面層分割的時(shí)候，將電源層比地層內(nèi)縮 1mm 就可以了。然后在 1mm 的內(nèi)縮帶打上屏蔽地過孔，150mil 一個(gè)，如圖所示：

PCB 中 20H 原則示意圖

PCB 中信號(hào)線分為哪幾類，區(qū)別在哪？

PCB 中的信號(hào)線分為兩種：微帶線和帶狀線。

微帶線：是走在表面層(microstrip)，附在 PCB 表面的帶狀走線，如下圖所示, 藍(lán)色部分是導(dǎo)體，綠色部分是 PCB 的絕緣電介質(zhì)，上面的藍(lán)色小塊兒是微帶線（microstrip line）。

由于 microstrip line（微帶線）的一面裸露在空氣里面，可以向周圍形成輻射或受到周圍的輻射干擾，而另一面附在 PCB 的絕緣電介質(zhì)上，所以它形成的電場一部分分布在空中，另一部分分布在 PCB 的絕緣介質(zhì)中。但是 microstrip line 中的信號(hào)傳輸速度要比 stripline（帶狀線）中的信號(hào)傳輸速度快，這是其突出的優(yōu)點(diǎn)。

微帶線示意圖

帶狀線：走在內(nèi)層(stripline/double stripline)，埋在 PCB 內(nèi)部的帶狀走線，如下圖所示，藍(lán)色部分是導(dǎo)體，綠色部分是 PCB 的絕緣電介質(zhì)，stripline 是嵌在兩層導(dǎo)體之間的帶狀導(dǎo)線。

因?yàn)?stripline 是嵌在兩層導(dǎo)體之間，所以它的電場分布都在兩個(gè)包它的導(dǎo)體（平面）之間，不會(huì)輻射出去能量，也不會(huì)受到外部的輻射干擾。但是由于它的周圍全是電介質(zhì)（介電常數(shù)比 1 大），所以信號(hào)在 stripline 中的傳輸速度比在 microstrip line 中慢。

帶狀線示意圖

什么叫做 EMC

EMC，是 Electro Magnetic Compatibility 的縮寫，翻譯過來就是電磁兼容性，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受電磁騷擾的能力。

傳感器電磁兼容性是指傳感器在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，保持其固有性能、完成規(guī)定功能的能力。它包含兩個(gè)方面要求：一方面要求傳感器在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾不能超過一定限值；另一方面要求傳感器對(duì)所在環(huán)境中存在電磁干擾具有一定程度抗擾度。

PCB 設(shè)計(jì)中區(qū)分模擬地與數(shù)字地的設(shè)計(jì)方法有哪些

一般處理模擬地、數(shù)字地的方法有以下幾種：

直接分開，在原理圖中將數(shù)字區(qū)域的地連接為 DGND，模擬區(qū)域的地連接為 AGND，然后 PCB 中的地平面分割為數(shù)字地與模擬地，并把間距拉大；
數(shù)字地與模擬地之間用磁珠連接；
數(shù)字地與模擬地之間用電容連接，運(yùn)用電容隔直通交的原理；
數(shù)字地與模擬地之間用電感連接，感值從 uH 到幾十 uH 不等；
數(shù)字地與模擬地之間用零歐姆電阻連接。

總結(jié)來說，電容隔直通交，造成浮地。電容不通直流，會(huì)導(dǎo)致壓差和靜電積累，摸機(jī)殼會(huì)麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián)，就是畫蛇添足，因?yàn)榇胖橥ㄖ保娙輰⑹?。串?lián)的話就顯得不倫不類。

電感體積大，雜散參數(shù)多，特性不穩(wěn)定，離散分布參數(shù)不好控制，體積大。電感也是陷波，LC 諧振(分布電容)，對(duì)噪點(diǎn)有特效。

磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻陷波器，只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有抑制作用，如果不能預(yù)知噪點(diǎn)，如何選擇型號(hào)，況且，噪點(diǎn)頻率也不一定固定，故磁珠不是一個(gè)好的選擇。

0 歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0 歐電阻也有阻抗)，這點(diǎn)比磁珠強(qiáng)。

總之，關(guān)鍵是模擬地和數(shù)字地要一點(diǎn)接地。建議不同種類地之間用 0 歐電阻相連；電源引入高頻器件時(shí)用磁珠；高頻信號(hào)線耦合用小電容；電感用在大功率低頻上。

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