股票杠杆多少钱才可开通 PCB Layout设计中的3W原则、20H原则和五五原则详解

发布日期：2025-01-07 15:35 点击次数：108

一直以来，外资品牌电动车经常被诟病智能化体验较弱。麦肯锡发布的《2024年中国汽车消费者洞察报告》指出，领先的智能化优势是中国高端新能源汽车品牌受消费者青睐的主要原因，如更先进的自动驾驶功能、体验更好的智能座舱。未来智能驾驶功能，尤其是基于智驾的个性化场景应用将成为影响购车决策的核心项。另有行业报告显示，有54%的汽车消费者已经将智能化水平列为购车时考量的关键因素。

在PCB设计领域，有几个关键原则对于确保电路板的性能和可靠性至关重要。这些原则包括3W原则、20H原则和五五原则。本文将详细解释这些原则的含义及其在PCB设计中的应用。

1. 3W原则

3W原则是指在PCB设计中，为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，即两根线之间的中心距离不少于3倍线宽。

这个原则特别适用于高速信号线，如时钟线、差分线、视频、音频信号线、复位信号线等。

1.1 3W原则的重要性

1.1.1 减少串扰

满足3W原则能使信号间的串扰减少70%，而满足10W原则则能使信号间的串扰减少近98%。这个原则成立的条件与电路板的物理因素有关，如叠层高度和导线线宽。

1.1.2 信号衰减和延迟

走线间距过小会导致寄生容性增大，增加信号衰减和传输延迟，影响信号的时序和同步。

1.1.3 3W条件限制

需要注意的是，3W原则的成立是有先前条件的。它与叠层高度、导线线宽相关，对于不同的PCB层叠结构和线宽，3W原则的适用性可能会有所不同。例如，在四层板中，走线与参考平面高度距离(5~10mils)，3W是够了；但两层板，走线与参考层高度距离(45~55mils)，3W对高速信号走线可能不够。

展开剩余70%

2. 20H原则

20H原则关注的是电源层与地层之间的边缘辐射效应。在PCB设计中，将电源层内缩相当于两个平面间层距的20倍，可以有效抑制边缘辐射效应，提高EMC性能。若内缩20H，则可以将70%的电场限制在接地边沿内；内缩100H，则可以将98%的电场限制在内。这个规则在特定条件下效果明显，包括电源总线中电流波动的上升/下降时间要小于1ns，电源平面处在PCB的内部层面上，并且与它相邻的上下两个层面都为0V平面。

3. 五五原则

五五原则指的是，当时钟频率达到5MHz或脉冲上升时间小于5ns时，PCB板应采用多层板设计。这一原则的核心在于，随着信号频率的提高和信号上升时间的缩短，单层或双层板可能无法提供足够的信号完整性，因此需要通过增加层数来改善信号传输性能和降低干扰。

3.1 五五原则的重要性

3.1.1 信号完整性

在高速信号传输中，信号完整性是一个关键因素。五五原则通过推荐使用多层板，有助于减少信号传输中的反射和串扰，从而维护信号的完整性。

3.1.2 电磁兼容性（EMC）

多层板设计可以更好地控制电磁干扰，提高电路的电磁兼容性。在高速或高频应用中，遵循五五原则有助于减少电磁辐射和敏感度问题。

3.2 带宽与上升时间的关系

根据五五原则的上升时间5ns，我们可以使用经验公式BW = 0.35/Tr 来计算带宽BW。

将Tr = 5ns代入公式中，计算得到：

BW=0.35/Tr=0.35/5=0.07 GHz

将GHz转换为MHz（因为1GHz = 1000MHz），我们得到：

BW=0.07×1000 MHz=70 MHz

所以，上升时间为5ns的信号的带宽BW大约是70MHz。

另，上升时间（Tr）通常定义为信号从最大稳态值的10%变化到90%所需的时间。

结论

3W原则、20H原则和五五原则是PCB设计中的重要指导原则，它们共同作用于减少信号干扰、提高信号完整性和电路板的电磁兼容性。在实际设计过程中，设计师需要根据具体的电路要求和应用场景，灵活运用这些规则，以确保PCB的可靠性和稳定性。遵循这些原则，可以设计出高质量、高性能的电路板，满足各种电子设备的需求。

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