电子工程师必备知识”3W原则的实质及详解“

3W原则

什么是3W原则？

在PCB设计中为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持大部分电场不互相干扰，这就是3W规则。如下图 1 所示，并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则，一般像时钟线，差分线，视频、音频信号线，复位信号线及其他系统关键电路需要遵循3W原则。

图 1

对于满足3W原则的信号，信号间的串扰可以减少70%，而满足10W可以使信号间的串扰减少近98%。3W原则一般是在50欧姆特征阻抗传输线条件下成立。

【注】

3W原则是一种防止串扰的一种方法，该方法仅作为一种参考，并作为理解如何防止串扰的一种启发。实际PCB设计中，3W原则并不能完全满足避免串扰的要求。按实践经验，如果没有屏蔽地线的话，印制信号线之间大于lcm以上的距离才能很好地防止串扰，因此在PCB线路布线时，就需要在噪声源信号（如时钟走线）与非噪声源信号线之间，及受EFT、ESD等干扰的“脏“线与需要保护的“干净”线之间，不但要强制使用3W原则，而且还要进行屏蔽地线包地处理，以防止串扰的发生。另外，不是所有的PCB上的走线都必须遵照3W布线原则。使用这一设计指导原则，在PCB布线前，决定哪些条走线必须使用3W原则是十分重要的。

20H原则

什么是20H原则？

20H是电源层内缩地层20H，H表示电源层与地层的距离。

在高速PCB中，由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰。称为边沿效应，如下图 2 所示。为了减少这种耦合效应，所有的电源平面物理尺寸都要比最近邻的地平面尺寸小20H。如下图 3 所示：

图 2

图 3

理论表明：以一个H（电源和地之间的介质厚度，对于特性阻抗参数设计而言，通常为H，）为单位，若内缩20H，则可以将70%的电场限制在接地边缘内，内缩100H则可以将98%的电场限制在内，虽然100H有更好的抑制效果，但是电源平面与地平面边缘缩入在比20H更大时，会增加板间物理距离，而且不会使辐射电流显著减小，因此，电源层比地层内缩1mm基本上就可以。

电源层最好紧邻接地层且在地层的下面，单板电源是通讯系统中最主要的干扰源之一，电源层和地线层的阻抗越低，则相互耦合越大，有利于地线层对电源层干扰信号的吸收，接地层的面积大于电源层的面积，可以充分发挥地层的屏蔽作用，减小电源层对信号层的干扰。

五五原则

什么是五五原则？

印制板层数选择规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板，这是一般的规则，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。