از آنجایی که اندازه دستگاه های الکترونیکی همچنان در حال کوچک شدن است در حالی که عملکرد بالاتر را تقاضا می کند، صدای عبور سیگنال در طراحی PCB به یک چالش فزاینده تبدیل شده است.تصور کنید که سیگنال های روشن در صفحه های مداری گم می شوند، در نهایت عملکرد محصول را کاهش می دهد یا حتی باعث خرابی کامل می شود. مقصر این مشکلات اغلب در مشکلات فاصله ردیابی ناچیز است.این مقاله قانون 3W را بررسی می کند که یک اصل اساسی در طراحی PCB با سرعت بالا است که به مهندسان کمک می کند تا صدای عبور سیگنال را به حداقل برسانند.، عملکرد مدار را بهبود می بخشد و محصولات الکترونیکی قابل اطمینان تر ایجاد می کند.

قانون 3W، یک دستورالعمل تجربی به طور گسترده در طراحی PCB پذیرفته شده است، فاصله مناسب بین ردیف ها را برای به حداقل رساندن صدای عبور سیگنال تضمین می کند.اين قاعده در طراحي مدار سريع مهم استبا پیروی از اصل 3W، طراحان می توانند به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی را کاهش دهند، یکپارچگی سیگنال را حفظ کنند و در نهایت عملکرد کلی محصول و قابلیت اطمینان را بهبود بخشند.

قانون 3W بیان می کند که در طراحی PCB، فاصله بین ردیف های مجاور باید حداقل سه برابر عرض ردیف باشد.این راهنما در درجه اول به دنباله های موازی برای کاهش اثرات اتصال الکترومغناطیسی بین آنها است..

اثربخشی قانون 3W ناشی از ویژگی های کاهش میدان های الکترومغناطیسی در فضا است.تاثیر میدان الکترومغناطیسی یک ردیف بر ردیف های مجاور به طور قابل توجهی کاهش می یابدبه طور خاص، قانون 3W از طریق دو مکانیزم، صدای متقاطع را کاهش می دهد:

• کم کردن اتصال اندوکتیو:ردیف های موازی نشان دهنده اتصال تحرکی هستند، که در آن تغییرات جریان در یک ردیف ولتاژ را در ردیف های مجاور ایجاد می کند. افزایش فاصله باعث کاهش تحرک متقابل می شود،بنابراین کاهش crosstalk از اتصال تحرک.
• کاهش اتصال ظرفیت:ردیف های موازی همچنین نشان دهنده اتصال ظرفیت است، جایی که تغییرات ولتاژ در یک ردیف باعث ایجاد جریان در ردیف های مجاور می شود. فاصله بیشتر باعث کاهش ظرفیت متقابل می شود،به حداقل رساندن سر و صدا از اتصال ظرفیت.

قانون 3W از تجربه مهندسی عملی به جای مشتق نظری پدید آمده است. در طراحی اولیه PCB، فاقد ابزارهای شبیه سازی دقیق، مهندسان به شدت به دستورالعمل های تجربی تکیه می کردند.قانون 3W به عنوان یک هوریستیک ساده برای تنظیم فاصله ردیابی برای جلوگیری از صدمات سیگنال آغاز شد.

با پیشرفت طراحی مدار با سرعت بالا، درک قانون 3W عمیق تر شد. در ابتدا عمدتا برای کنترل crosstalk در نظر گرفته شد،حالا اين قاعده ارتباط با صداقت سيگنال و سازگاري الکترومغناطيسي را نشان ميدهدطراحی PCB مدرن از ابزارهای شبیه سازی بهره مند می شود که ارزیابی دقیق اثربخشی قانون 3W را امکان پذیر می کند و تنظیمات خاص زمینه را امکان پذیر می کند.

طرح های PCB با سرعت بالا با فرکانس های سیگنال بالا به ویژه در برابر crosstalk حساس هستند، که می تواند باعث تحریف سیگنال و افزایش نرخ خطا بیت شود.قانون 3W با افزایش فاصله ردیابی برای کاهش اتصال الکترومغناطیسی این مشکل را کاهش می دهد..

یکپارچگی سیگنال (حفاظ بر شکل موج اصلی در طول انتقال) پایه کار مدار قابل اعتماد را تشکیل می دهد.قانون 3W از یکپارچگی سیگنال با به حداقل رساندن crosstalk و بازتاب پشتیبانی می کند.

سیگنال های با سرعت بالا در طول انتقال میدان های الکترومغناطیسی را تولید می کنند. فاصله ردیابی ناکافی اجازه می دهد تا این میدان ها تداخل داشته باشند و مشکلات سازگاری الکترومغناطیسی را ایجاد کنند.قانون 3W به مدیریت میدان های الکترومغناطیسی از طریق فاصله بیشتر کمک می کند.

برای استفاده از قانون 3W در طرح های PCB از این راهنمای مرحله به مرحله پیروی کنید:

• عرض ردیابی را تعیین کنید:عرض مسیر را بر اساس ویژگی های سیگنال و الزامات مقاومت تعیین کنید.
• حداقل فاصله را محاسبه کنید:برای تعیین حداقل فاصله بین ردیف های مجاور (سه برابر عرض ردیف) قانون 3W را اعمال کنید.
• مسیرها به همین ترتیب:اطمینان حاصل کنید که تمام مسیرهای مجاور حداقل حداقل فاصله محاسبه شده را حفظ کنند.
• شامل هواپیماهای زمینی:هواپیماهای زمینی مستمر را زیر خطوط قرار دهید تا مرجع سیگنال قابل اعتماد و محافظ را فراهم کند.
• انجام چک قوانین طراحی:استفاده از عملکرد بررسی قانون طراحی (DRC) نرم افزار PCB برای تأیید انطباق با قانون 3W.
• در صورت لزوم تنظیم کنید:تمام عناصر طرح را که الزامات قانون 3W را نقض می کنند تغییر دهید.

در مورد کاربردهای عملی این مطلب را در نظر بگیرید:

• سیگنال های تک پایانی:حداقل سه برابر عرض مسیر بین مسیرهای مجاور و تک سرانه را حفظ کنید.
• جفت های دیفرانسیل:حداقل کردن فاصله داخلی در جفت های دفرنشیال برای حفظ مقاومت دفرنشیال ثابت، در حالی که حداقل سه برابر عرض ردیف بین جفت های دفرنشیال و سایر ردیف ها را حفظ می کند.
• سیگنال های سرعت بالا:طول ردیابی را کوتاه کنید، ویاس ها را به حداقل برسانید و از ساختارهای ریز یا ریز استفاده کنید تا از دست دادن سیگنال و انعکاس را کاهش دهید.

محدودیت های فضایی در طرح های PCB با چگالی بالا اغلب رعایت کامل قانون 3W را دشوار می کند. راه حل های بالقوه شامل:

• استفاده از تخته های چند لایه ای برای افزایش فضای مسیریابی موجود
• استفاده از ردپای های ظریف تر و فاصله های کوچکتر
• شامل می شود و راه های کور و دفن شده برای کاهش شمارش از طریق
• بهینه سازی طرح برای به حداقل رساندن طول ردیف و vias

طراحان باید از این اشتباهات متداول اجتناب کنند:

• فرض بر این که قانون 3W به طور جهانی برای تمام سیگنال ها اعمال می شود (به طور عمده از سیگنال های با سرعت بالا، دقت بالا یا حساس به سر و صدا سود می برد)
• اعتقاد به انطباق 3W به تنهایی از تمام crosstalk جلوگیری می کند (عوامل دیگر مانند طول ردیاب، از طریق شمارش و طراحی هواپیما زمین نیز نقش دارند)
• در نظر گرفتن قانون 3W به عنوان تنها دستورالعمل طراحی (کنترل مقاومت، یکپارچگی قدرت و الزامات EMC نیز نیاز به توجه دارند)

تشخیص مشکلات احتمالی از طریق:

• مشاهده شکل موج سیگنال برای تحریف، نوسان یا تجاوز
• اندازه گیری سر و صدای سیگنال بیش از حد
• استفاده از ابزارهای شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال و سازگاری الکترومغناطیسی

آدرس شناسایی شده توسط:

• تنظیم فاصله ردیابی
• تغییر جهت گیری مسیر برای جلوگیری از مسیرهای موازی طولانی
• پیاده سازی ردیاب های زمینی بین سیگنال های حساس
• اضافه کردن مدارهای فیلتر در ورودی/خرید سیگنال

قانون 3W همچنان یک دستورالعمل تجربی ضروری برای طراحی PCB با سرعت بالا است. در حالی که برای کاهش صدای عبور سیگنال و افزایش یکپارچگی سیگنال موثر است،طراحان باید عوامل اضافی را در نظر بگیرند و از ابزارهای شبیه سازی برای بهینه سازی جامع استفاده کنندتنها از طریق این رویکرد جامع است که مهندسان می توانند مدارهای PCB با عملکرد بالا و قابل اعتماد را که نیازهای الکترونیکی مدرن را برآورده می کنند، توسعه دهند.