一些引起热议的PCB布线中常用经验法则

探讨业界内热议的 PCB 布线经验法则：解密原理与适用场景

在电路板设计中，理解并正确应用经验法则有助于决策，确保电路板性能优异。本文将对一些经典的经验法则进行解析，包括垂直布线、散热过孔设计、直角布线以及“3W”法则和“20H”法则等，探讨它们背后的原理，以及在不同应用场景下的应用与局限性。

1. 垂直布线法则

在多层 PCB 设计中，垂直布线法则旨在通过减少相邻信号层间互感以降低串扰。理论上，垂直（或尽量平行）引线之间的电流分布可以减少电容耦合，特别是在低频信号场景。但在高频频段，特别是在射频（RF）频率区域，引线间可能产生结构谐振，即使引线垂直，也可能导致串扰。因此，对于复杂电路和高频应用，最好采用合理的多层布局技术，利用隔离层减少信号间的干扰。垂直布线法则的有效性需取决于频率特性与电路工作频段，应用前应通过基本串扰仿真确认。

2. 散热过孔设计原则

防止散热过孔常被视为PCB设计中的“遵守/避免”法则。在手工焊接时，这一做法可帮助补偿铜层的散热效果，但一旦使用波峰焊接，为防止器件松脱、冷焊、立碑等现象，强烈建议使用预先设计的防止散热过孔。实际选择上应考量所使用的焊接工艺类型，从而确定是否需要遵循这一法则。




3. 直角布线的考量

是否将直角拐弯布线改为带有斜角的布线方式引发了行业内的争论。直角布线的角度选择确实与引线运动性能、电路板腐蚀液类型等因素关联。对于不涉及高频率应用的电路设计，直角拐弯并不会对性能造成显著影响。但在需要优化电磁兼容性或热管理性能的应用场景下，采用非直角拐弯策略是有其合理性的。现代的 PCB 设计软件集成了电磁场求解功能，使其更容易实现优化后的直角拐弯设计。

4. “3W”法则详解

“3W”法则是应用于布线间距与电磁干扰的简化规则。第一个版本“3W法则”以引线宽度为直径确定的最小间距来限制平行引线的布局，试图减少磁通量耦合。实际上，引线之间的电磁干扰主要与回路重叠面积相关，间距应根据具体的干扰情况和电路可能产生的信号特性来调整，而非仅为布线宽度三倍。精确地利用基本电磁干扰仿真工具可以帮助设计者在此之间找到最佳布局。

5. “20H”法则分析

这条法则提出了关于地线层与电源层之间重叠距离的概念，旨在提高高速电路板上的电源稳定性，通过适当集成电源与地而增加层间电容。然而，应用这一法则时需注意，简单的几何布局可能会在特定频率下（特别是高频频段）引发谐振问题，进而加剧线路之间的高频干扰。对于频率在GHz之内的电路设计，遵循“20H”法则通常可以有效降低电磁辐射，但在更高频段下，则需权衡其带来的潜在问题。