PCB設(shè)計中除了3W和20H原則，還有一個3H原則！什么原理？

?一、什么是3W原則

所謂“3W原則”，就是保證線與線的間距，保持線與線中間間距不小于3倍線寬，這樣可保證大部分電場串擾在合理范圍內(nèi)。

可以參照下面的線路板的頂視圖，假設(shè)線寬為W，那么兩條線的中心距應(yīng)該大于3W，這樣才能減小兩條信號線之間的串擾。

下圖是一個剖面圖，可以看到，兩條線的邊緣的間距為2W。

二、3W原則的原理

我們平時在PCB布線的時候，對于高頻的，比較重要的信號都要做特殊處理，有些時候會采用包地，有時候使用“3W”原則。

那么我們怎么理解這個3W原則呢，它是如何降低信號之間的串擾的呢?

要了解這個原因，我們要先了解電容的概念，電容的組成一般是兩個導體相對而成，而且這兩個導體要處于不連接的狀態(tài)，兩個導體之間存在絕緣，這個絕緣可以是絕緣材質(zhì)，也可以是空氣。

上圖所示的場景，其實導線與導線之間就和我們的電容的概念一樣，所以我們的導線之間是存在寄生電容的。

我們假設(shè)，上圖的DATA信號在傳輸?shù)倪^程當中，由于寄生電容的存在，有一部分信號就會串擾到上面那根CLK線上面去。

一般的數(shù)字電路系統(tǒng)中，時鐘線是比較重要的，和他相鄰的部分導線都會把一部分信號串擾到時鐘線上，這個系統(tǒng)的時鐘線就會出現(xiàn)誤判的情況，從而影響總線讀寫，內(nèi)存讀寫等錯誤，板子就會出現(xiàn)各種怪異現(xiàn)象。

這個時候，我們想要減小這個串擾，就需要兩條線之間的電容，容抗的公式為：

如果從上面的圖來看，我們是希望時鐘線被分到的DATA信號電壓小一點，所以我們應(yīng)該加大CLK和DATA信號之間的容抗，從公式可以看出，減小容抗的措施可以是減小C的大小，從而增大CLK與DATA信號之間R的值。

如何減小C，我們還得從電容的公式來看：

要減小C，可以減小ε(導體的介電常數(shù))或者減小s(導體的面積)，以及增大導體間的距離d來實現(xiàn)，對于高速信號線來說，導體的介電常數(shù)不容易改變，導體的面積，也就是兩根線相對的面積也改善不大，覆銅不能再薄了。因此，我們只能增大導體之間的距離d，來減小C的大小從而達到降低串擾的目的。

那么在實際應(yīng)用中應(yīng)該要把這兩根導線相隔多遠呢，我們一般是采用3倍線寬的距離來降低信號的線間串擾，這就是我們平時設(shè)計當中的3W原則的原理。

當然，我們還有一種方法也可以減小線間串擾，就是這個重要信號兩邊都加上地線，地線兩邊的串擾信號通過我們的地線吸收，回流了，線與線之間的串擾就變小了，這就是包地的做法。

當然包地的時候，如果正下方有參考平面，我們最好相隔一定的距離打上地空，那么這個時候他的效果就更好了!

可以想象下，一個重要的人，比如皇后娘娘，走在兩邊都是高高的圍墻的過道里面，那是多么的有安全感。

如果能把天空也封上也不是不可以。

另外，不是所有的PCB上的走線都必須遵照3W布線原則。使用這一設(shè)計指導原則，在PCB布線前，決定哪些條走線必須使用3W原則是十分重要的。

三、什么是20H原則

如上圖所示，當我們的的電路板中存在這樣的電源平面和地平面的時候，在我們板子的邊緣，就會產(chǎn)生這樣的輻射電磁波，這些電磁波將產(chǎn)生非常嚴重的EMI。

因此，為了防止這些電磁波跑到外面去，PCB設(shè)計的時候，又提出了20H原則，如下圖：

通常我們將電源平面的普通內(nèi)縮，內(nèi)縮的距離就設(shè)定為20倍的平面高度。

四、20H原則的作用原理

為什么內(nèi)縮了了，輻射將減小呢？

你可以把輻射的電磁波示意的畫出來就明白了。

所有的輻射都是要有電流路徑的，這些線就表示電流的路徑，他會找到距離地層阻抗最低的那一條，當然，阻抗高的也不是一點沒有，總是能分到一杯羹的。

這里有一些經(jīng)驗值：

在10H時，磁通泄漏就可以出現(xiàn)顯著改變；

在20H時，可以抑制70%的磁通泄漏；

在100H時，可以抑制98%的磁通泄漏。

電源層最好緊鄰接地層且在地層的下面，單板電源是通訊系統(tǒng)中最主要的干擾源之一，電源層和地線層的阻抗越低，則相互耦合越大，有利于地線層對電源層干擾信號的吸收，接地層的面積大于電源層的面積，可以充分發(fā)揮地層的屏蔽作用，減小電源層對信號層的干擾。

如果我們沒有10H那么大的空間縮緊，該如何是好呢？

跟上面講到的深宮高墻一樣，我們可以在板邊立上一排柱子，柱子全部鏈接到參考地平面上。

可能還是側(cè)視圖比較直觀，就像一道圍墻把電源層給封的死死的。

五、3W和3H的權(quán)衡

其實，除了“3W原則”，還有“3H原則”。

所謂“3H原則”，就是線與線的間距，不少于走線層面到參考平面的間距的3倍。

這兩個原則，雖然近似，但還是有所區(qū)別的：3W原則注重磁場耦合，3H原則注重電場耦合。

通常情況下，由于多層板板厚的限制，H和W的數(shù)值大體相同，即使有3H原則的應(yīng)用，但還是沿用3W原則來管控PCB設(shè)計的走線間距。

但是，如果走線平面對于參考平面距離H較遠時，相鄰走線回流電流之間的相互干擾就會比較大，此時就需要關(guān)注3H原則。

下圖就給出了一個相關(guān)特例情況，從圖中的電場線路可以看出，3W和3H的原則還是有區(qū)別的，我們還是要搞清楚中間的區(qū)別，才能在實際工作中靈活應(yīng)用。

值得慶幸的是，如果間距拉不開，包地操作還是有效的。