信號(hào)完整性系列之“減小串?dāng)_的3W原則”
[導(dǎo)讀]本文主要介紹PCB設(shè)計(jì)中常見的“3W原則”。
本文主要介紹PCB設(shè)計(jì)中常見的“3W原則”。
什么是“3W原則”
在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少線間串?dāng)_，經(jīng)常會(huì)聽說(shuō)“3W原則”、“20H原則”、“五五規(guī)則”等，下面就具體來(lái)介紹一下3W原則。3W原則其實(shí)就是為了減小串?dāng)_，讓走線與走線之間保持3倍線寬的間距，這就是所謂的3W規(guī)則。
為什么選擇“3W”
正常情況下，如果可以保證兩條走線的間距足夠大，是可以消除串?dāng)_的，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中沒法實(shí)現(xiàn)線間距足夠大，因此就出現(xiàn)了“走線間距與串?dāng)_”之間的平衡，而當(dāng)線中心間距不小于3倍線寬時(shí)，就可保持大部分電場(chǎng)不互相干擾了，滿足3W原則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少65~70%，而滿足10W則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少近98%.
下面是針對(duì)NEXT和FEXT相對(duì)于走線間距的仿真，線寬均為5mil。
從串?dāng)_成因的角度考慮，要有效防止串?dāng)_，該間距與疊層高度、導(dǎo)線線寬均有關(guān)系。對(duì)于下面的1.6mm的常規(guī)四層板，中間兩層為平面層，走線與參考平面間的距離約為(5~10mil)，對(duì)于5mil線寬，3W是可以滿足的；但對(duì)于1.6mm的兩層板，走線與參考層的距離可能得到(50~60mil)，對(duì)于5mil的線寬，3W對(duì)高速信號(hào)走線顯然是不夠的。
對(duì)于兩層板，由于密度不大，信號(hào)速率不高（如果不是，那肯定不會(huì)選兩層板了），在滿足工藝及阻抗的情況下，走線盡量粗，間距盡量遠(yuǎn)即可。
對(duì)于多層板，3W原則是指多個(gè)高速信號(hào)線長(zhǎng)距離走線的時(shí)候，其間距應(yīng)該遵循3W原則，例如時(shí)鐘線，差分線，高速信號(hào)線，復(fù)位信號(hào)線及其他系統(tǒng)關(guān)鍵信號(hào)線需要遵循3W原則，對(duì)于某些要求較高的信號(hào)線，可能還需要滿足5W原則，而對(duì)于普通的信號(hào)線，則根據(jù)布線密度適時(shí)調(diào)整走線間距，并不是板上所有的布線都要強(qiáng)制符合3W原則。
什么是“3W原則”
在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少線間串?dāng)_，經(jīng)常會(huì)聽說(shuō)“3W原則”、“20H原則”、“五五規(guī)則”等，下面就具體來(lái)介紹一下3W原則。3W原則其實(shí)就是為了減小串?dāng)_，讓走線與走線之間保持3倍線寬的間距，這就是所謂的3W規(guī)則。
為什么選擇“3W”
正常情況下，如果可以保證兩條走線的間距足夠大，是可以消除串?dāng)_的，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中沒法實(shí)現(xiàn)線間距足夠大，因此就出現(xiàn)了“走線間距與串?dāng)_”之間的平衡，而當(dāng)線中心間距不小于3倍線寬時(shí)，就可保持大部分電場(chǎng)不互相干擾了，滿足3W原則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少65~70%，而滿足10W則能使信號(hào)間的串?dāng)_減少近98%.
下面是針對(duì)NEXT和FEXT相對(duì)于走線間距的仿真，線寬均為5mil。
從串?dāng)_成因的角度考慮，要有效防止串?dāng)_，該間距與疊層高度、導(dǎo)線線寬均有關(guān)系。對(duì)于下面的1.6mm的常規(guī)四層板，中間兩層為平面層，走線與參考平面間的距離約為(5~10mil)，對(duì)于5mil線寬，3W是可以滿足的；但對(duì)于1.6mm的兩層板，走線與參考層的距離可能得到(50~60mil)，對(duì)于5mil的線寬，3W對(duì)高速信號(hào)走線顯然是不夠的。
因此3W原則是基于一定條件的一個(gè)折中選擇，有時(shí)可能3W就足夠了，有時(shí)可能需要更寬的間距。為了將串?dāng)_限制在可接受的范圍內(nèi)，對(duì)于帶狀線，一般要求走線的間距最好大于走線到參考平面的距離；對(duì)于微帶線，一般要求走線的間距最好大于走線到參考平面距離的兩倍。
哪些信號(hào)需要遵循“3W原則”
根據(jù)上面的分析，那么在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)時(shí)，到底哪些信號(hào)需要滿足“3W原則”呢，哪些信號(hào)又不需要呢？對(duì)于兩層板，由于密度不大，信號(hào)速率不高（如果不是，那肯定不會(huì)選兩層板了），在滿足工藝及阻抗的情況下，走線盡量粗，間距盡量遠(yuǎn)即可。
對(duì)于多層板，3W原則是指多個(gè)高速信號(hào)線長(zhǎng)距離走線的時(shí)候，其間距應(yīng)該遵循3W原則，例如時(shí)鐘線，差分線，高速信號(hào)線，復(fù)位信號(hào)線及其他系統(tǒng)關(guān)鍵信號(hào)線需要遵循3W原則，對(duì)于某些要求較高的信號(hào)線，可能還需要滿足5W原則，而對(duì)于普通的信號(hào)線，則根據(jù)布線密度適時(shí)調(diào)整走線間距，并不是板上所有的布線都要強(qiáng)制符合3W原則。
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