信号完整性系列之“减小串扰的3W原则”

硬件助手 2020-12-07 00:00

【北京12.5号】无线前沿新技术与测试技术峰会 精密双向电流感应放大器设计方案

本文主要介绍PCB设计中常见的“3W原则”。

什么是“3W原则”

在PCB设计时，为了减少线间串扰，经常会听说“3W原则”、“20H原则”、“五五规则”等，下面就具体来介绍一下3W原则。3W原则其实就是为了减小串扰，让走线与走线之间保持3倍线宽的间距，这就是所谓的3W规则。

为什么选择“3W”

正常情况下，如果可以保证两条走线的间距足够大，是可以消除串扰的，但是实际设计中没法实现线间距足够大，因此就出现了“走线间距与串扰”之间的平衡，而当线中心间距不小于3倍线宽时，就可保持大部分电场不互相干扰了，满足3W原则能使信号间的串扰减少65~70%，而满足10W则能使信号间的串扰减少近98%.

下面是针对NEXT和FEXT相对于走线间距的仿真，线宽均为5mil。

从串扰成因的角度考虑，要有效防止串扰，该间距与叠层高度、导线线宽均有关系。对于下面的1.6mm的常规四层板，中间两层为平面层，走线与参考平面间的距离约为(5~10mil)，对于5mil线宽，3W是可以满足的；但对于1.6mm的两层板，走线与参考层的距离可能得到(50~60mil)，对于5mil的线宽，3W对高速信号走线显然是不够的。

因此3W原则是基于一定条件的一个折中选择，有时可能3W就足够了，有时可能需要更宽的间距。

为了将串扰限制在可接受的范围内，对于带状线，一般要求走线的间距最好大于走线到参考平面的距离；对于微带线，一般要求走线的间距最好大于走线到参考平面距离的两倍。

哪些信号需要遵循“3W原则”

根据上面的分析，那么在实际PCB设计时，到底哪些信号需要满足“3W原则”呢，哪些信号又不需要呢？

对于两层板，由于密度不大，信号速率不高（如果不是，那肯定不会选两层板了），在满足工艺及阻抗的情况下，走线尽量粗，间距尽量远即可。

对于多层板，3W原则是指多个高速信号线长距离走线的时候，其间距应该遵循3W原则，例如时钟线，差分线，高速信号线，复位信号线及其他系统关键信号线需要遵循3W原则，对于某些要求较高的信号线，可能还需要满足5W原则，而对于普通的信号线，则根据布线密度适时调整走线间距，并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则。