PCB笔记-6张图讲明白PCBLayout常见的那些坑-过孔篇

启芯硬件 2024-05-29 19:17

           

PCB(Printed Circuit Board)layout是硬件设计中至关重要的一环。一个良好的PCB layout可以确保电路的性能、可靠性和稳定性。然而,在实践中,layout工程师可能会由于疏忽或经验不足而导致一系列的问题,这些问题会影响到PCB的性能和功能。

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Review了大量的PCB设计,发现一个很常见的问题-PCB打孔这个细节:

很多时候,硬件工程师不注意就会打一排过孔,造成了把GND平面打断的现象。比如以下几张图中所示:



上面这张图主要的问题是,电源被5个竖排过孔阻碍,有瓶颈。无法保证电流。



上面这张图,电源被过孔隔断,有瓶颈。需要加强。



上图的联排过孔,隔开了电源平面。电源铺铜有瓶颈,需要补强



设计要求中有提到此网络有2A电流,目前一层铜皮由于过孔隔断无法满足载流要求,需要补强。

 

这样的影响,首先是无法满足载流要求;

其次,电流的回流路径加长,增加了噪声。

 减少PCB上高速信号的噪声辐射的一个基本原则是尽量减少电流回流路径的环路面积,高速信号的回流电流总是偏向于阻抗最低的路径,走最短的路线,即紧挨着高速信号传输线的传输平面,一般情况下为GND地平面。

所以一般来说,在打via过孔时,要注意避免过孔把地平面打断,形成ground plane disruption槽,造成高速电路的信号回来路径面积增大,增加噪声辐射,造成EMI超标问题。

 

Ground Plane







因此,强烈建议打via过孔时,特别是并行数据总线的一排过孔,要注意避免过孔将GND地平面打断,在GDN地平面上形成Slot,阻碍回流路径通道。打过孔是要错开打开或者适当拉开过孔的间距,让过孔之间的GND地平面有铜皮通道让高速信号的回流返回。



尤其是,过孔比较多的时候,可以交错打过孔,如上图。这样不仅可以让过孔保持较大的距离,同时,也可以让回流路径尽量短,保证信号质量最优。


总结-PCB layout 的关键点:

1. 地平面分割
GND平面是PCB上最重要的层面之一,主要提供了电路的回流路径和电流环路。GND平面的连通性对于电路的性能至关重要。然而,在设计中,地平面往往会被分割成多个部分,导致地平面的连通性受到影响,引发地回流路径不畅通的问题。避免地平面分割,或者使用适当的连接方式来确保地平面的连通性。
2. 信号完整性
PCB布局中的信号完整性问题可能会导致信号的失真、串扰和抖动。这些问题通常由于信号线长度不匹配、走线路径不优化或者信号线与电源或地线的交叉等原因引起。
要解决这些问题,layout工程师需要注意信号线的长度匹配、采用适当的走线方式以及避免信号线与电源/地线的交叉。
3. 电源与地的布局
良好的电源和地布局对于PCB的性能至关重要。不合理的电源布局可能导致电源噪声、电压降低和电源波动等问题。
在PCB设计中,应尽量减小电源线的长度,避免电源回路的闭环,以及在PCB上使用分布式电容来稳定电源。
4. 信号线走线方式
信号线的走线方式直接影响到PCB的性能和抗干扰能力。不合理的走线方式可能导致信号线的串扰、噪声和抖动等问题。
在设计中,应尽量采用最短路径走线、避免走线环路、减少信号线的弯曲次数,并使用差分对来提高抗干扰能力。
5. 热管理
在高功率PCB设计中,热管理是一个重要的考虑因素。不合理的热管理可能导致PCB温度过高,影响电子器件的性能和寿命。
在设计中,应合理布局散热器件、优化散热路径,必要时考虑使用风扇来增强散热效果。


       

启芯硬件 资深硬件工程师,聚焦电路设计,SIPI仿真,芯片设计等~
评论
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