PCB设计中线距考量与3W、3H、20H原则详解
PCB设计中线距考量与3W、3H、20H原则详解
在PCB设计中，线距是决定线路板质量和性能的关键参数。它受到应用场景、信号类型、工作频率等多种因素的影响。本文将详细介绍线距选择的考量因素以及3W、3H、20H等具体设计原则。
线距选择的综合考量
防止串扰是关键。在高密度布局或高频应用场景中，较小线距易引发信号串扰与电磁干扰，因此确保足够线距尤为重要。同时，要防止电气短路，特别是在高电压或高电流环境下，线距过小可能导致短路问题。
在高速数字信号传输里，线距选择关乎阻抗匹配，这对信号完整性意义重大。此外，制造工艺也会对线距提出最小要求，设计时需与PCB制造商充分沟通，确保线距契合其工艺能力。不同应用领域还有各自的标准和规范，像通信、医疗、汽车等行业，对线距都有特定要求。
PCB设计中传输线间距类型多样，差分对内间距、不同类型传输线之间的间距等，各自要求不同。差分对之间间距需依阻抗和设计要求确定，不能过近也不能过远；不同类型传输线间距则希望尽量远些，以减小串扰，但受空间和成本限制。
3W、3H、20H原则解析
实际设计中，布局布线空间有限，无法无限制增大线间距，于是有了“3W原则”。这一原则指的是线距与线宽的关系，线距应至少为线宽的3倍。如此能保证足够间距，预防导线间干扰与电气短路，维护信号完整性，在高频应用中作用显著。若线中心距不少于3倍线宽，可使70%的线间电场互不干扰，即3W规则；若要达到98%的电场互不干扰，则需采用10W规则。
3H原则，即信号线与信号线之间的中心间距为信号线到参考层距离的3倍，同样是为减少信号线间串扰，特别是高速或高频信号线间。不过，对于小型化产品设计，满足3W或3H原则颇具挑战，而且串扰来源也愈发复杂。
20H原则，要求电源平面边缘比地平面边缘至少内缩相当于两个平面间层距的20倍，目的是抑制边缘辐射效应。
3W原则的实践运用
普通走线时，3W原则基本够用，它是防止串扰的一种参考方法，能启发我们理解防串扰思路。但在实际PCB设计中，它无法完全满足避免串扰的需求。根据实践经验，若无屏蔽地线，印制信号线间距离大于1cm才能有效防止串扰。
所以，在PCB线路布线时，对于噪声源信号（如时钟走线）与非噪声源信号线之间，以及受EFTlB、ESD等干扰的“脏”线与需要保护的“干净”线之间，不仅要强制使用3W原则，还需进行屏蔽地线包地处理。并且，并非所有PCB走线都必须遵循3W布线原则，在布线前明确哪些走线适用该原则十分重要。