PCB设计走线布线对信号完整性有何影响？

电子工程师设计PCB(印刷电路板)时，必须遵循走线布线的最佳实践。这有助于保持PCB信号完整性并减少电磁干扰(EMI)。

最小化串扰

串扰可能发生在单个PCB层上的相邻走线之间，也可能发生在两层PCB之间相互平行和垂直的走线之间。当这种情况发生时，来自一条走线的信号会盖住另一条走线，因为它的振幅比另一条走线更大。 最佳做法是将走线之间的间距保持为走线宽度的3倍。这样做可以保护70%的电场免受这种干扰。未被解决的串扰会对信噪比产生负面影响，因此最好在设计阶段尽早减轻串扰。 一种可以选择的方法是使用串扰计算器。一旦用户输入走线间距、基板高度和源电压等值，该工具就可以计算出PCB的耦合电压和串扰系数。这些选项省去了与手动计算所需的较长时间，也避免了可能出现的错误。

预期性能

如果测试表明产品的性能屡次达不到预期，工程师可能就需要提高PCB中的信号完整性。有时，此类故障在PCB大规模生产之前就会显现出来。然而，信号完整性问题可能只有在大规模生产过程中或当客户开始在现场使用产品时才会被发现。

信号完整性关系到传输信号的质量以及信号能否不失真地传播。信号完整性的问题可能会超出PCB范围，并引入或产生影响附近设备的EMI。提高信号完整性的工作从原理图和层设计阶段就开始了。此时做出最恰当的决定会影响PCB的性能。 例如，当走线的厚度合适时，就可以防止组件过热，从而有助于热管理。这一点正变得越来越重要，尤其是当许多含有PCB的产品变得越来越小的时。

更好的质量

PCB制造商在质量控制方面投入巨资，以确保产品的可靠性。例如，X射线扫描可以以非破坏性的方式识别隐藏的缺陷。X射线检测技术通常是质量保证的关键部分。 不过，关注走线布线为发现问题提供了一种通过目视检测的选择，从而可以提高PCB的信号完整性。装配工人可以更早地发现潜在问题，并在造成大麻烦之前解决它们。 例如，他们应该检查走线是否有急剧弯曲，这对于高功率或高频走线来说尤其是个问题。理想情况下，设计人员应保持走线沿直线延伸。如果电路板的设计和预期应用需要走线长度均衡，人们可以寻找延迟线。它们通常看起来像PCB表面上的弯弯曲曲的蛇形走线。

正确放置

3D打印等技术极大地改变了人们设计和制造电子产品的方式。然而，即使3D打印机让用户能够打印电路、减少浪费并提高效率，他们也不应该忽视与走线布线和其他细节相关的最佳实践。 例如，有策略地放置元件可以减少PCB中的EMI。即使您使用了恰当的走线宽度并检查了是否有不必要的弯曲，由于某些元器件的位置，仍然可能会出现问题。 举例来说，由于电感器会产生磁场，因此不应让它们首尾相连或彼此距离太近。在别无选择的情况下，应选择垂直排列以最大限度地减少相互耦合。或者，选择环形电感器，这种电感器不太可能会引起磁场问题。确保用于连接电感器的走线宽度不超过所需宽度。否则，它们可能会像天线一样发挥作用，导致不必要的发射。 考虑使用一款高级的设计工具，以便更轻松地遵循与走线布线相关的原则和其他最佳实践。一些走线设计产品让用户可以在2D和3D设计之间切换。对使用高级工具的用户进行的一项调查发现，他们大约45%的时间都花在3D布线上，从而从实时可视化中获益。用户还可以在3D环境中执行特定操作，例如修剪层的焊盘，然后再在实际设计中进行尝试。

认真对待走线布线

这些都是一些在未来的设计中可行的方法，可以通过关注走线布线来最大限度地减少EMI并优先处理PCB的信号完整性。在设计阶段遵循既定原则，可以避免在内部测试或实际使用中出现许多导致PCB性能不佳的问题。 使用可以跟踪走线的数字项目管理工具也很有帮助，包括跟踪走线布线决策，这有助于找到所发现的问题的可能根本原因。这些产品也很方便，因为它们通常在云端工作，消除了地理上的限制。

作者：Emily Newton

编辑：黄飞