PCB走锐角和直角应不应该拖出去枪毙？——我对PCB设计的认知提升过程【7】

我们在画PCB的第一步，你的老师或者师父一定会告诉你，尽量PCB不要走锐角，尽量不要走直角。

于是你碰到三岔路口，你抑郁了，因为直角或者锐角不可避免。

下图为三岔路处理成两个直角：

下图为三岔路处理成一个直角：

下图为三岔路处理成一个锐角：

要把这件事情做好，我们首先需要弄明白，为什么要避免直角或者锐角？

在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计中，避免直角或锐角走线是为了减少信号完整性和电磁干扰的问题。直角和锐角走线可能导致以下问题：

1、信号完整性问题：信号在传输过程中会产生反射和信号耦合。直角或锐角走线会导致信号线的阻抗发生突变，从而产生信号反射。这可能导致信号波形失真、延迟、干扰相邻信号等问题，影响电路性能和稳定性。

从原理上说，锐角、直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。

线宽变化导致阻抗变化

当走线的等效宽度变化的时候，会造成信号的反射。我们可以看到：

 我们走线的时候，如果线宽发生变化，则会导致走线阻抗变化。

微带线（microstrip line）

·它由一根带状导线与地平面构成，中间是电介质。如果电介质的介电常数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的，则它的特性阻抗也是可控的，其精确度将在±5％之内。

带状线（stripline）

带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带。如果线的厚度和宽度，介质的介电常数，以及两层接地平面的距离都是可控的，则线的特性阻抗也是可控的，且精度在10%之内。

阻抗不连续就会反射

        锐角最差，直角次之，钝角再次之，圆角再次之，直线最好。

当驱动器发射一个信号进入传输线时，信号的幅值取决于电压、缓冲器的内阻和传输线的阻抗。驱动器端看到的初始电压决定于内阻和线阻抗的分压。

反射系数

 其中-1≤ρ≤1

当ρ=0时无反射发生

当ρ=1(Z 2 =∞，开路)时发生全正反射

当ρ=-1(Z 2 =0，短路)时发生全负反射

初始电压，是源电压Vs（2V）经过Zs（25欧姆）和传输线阻抗（50欧姆）分压。

Vinitial=1.33V

后续的反射率按照反射系数公式进行计算

源端的反射率，是根据源端阻抗（25欧姆）和传输线阻抗（50欧姆）根据反射系数公式计算为-0.33；

终端的反射率，是根据终端阻抗（无穷大）和传输线阻抗（50欧姆）根据反射系数公式计算为1；

我们按照每次反射的幅度和延时，在最初的脉冲波形上进行叠加就得到了这个波形，这也就是为什么，阻抗不匹配造成信号完整性不好的原因。

由于连接的存在、器件管脚、走线宽度变化、走线拐弯、过孔会使得阻抗不得不变化。所以反射也就不可避免。

2、电磁干扰（EMI）：直角和锐角形状会导致信号线上出现更多的尖峰和急剧变化，这会增加电磁辐射。电子设备中运行的信号很容易干扰其他电路，或者被其他信号干扰，从而影响设备的正常运行。

3、生产工艺：直角或锐角走线在PCB制造工艺方面也会产生一些影响。

制造成本：直角和锐角的走线需要更加精细的加工和生产工艺。在PCB制造中，通常使用化学蚀刻、机械铣削等方法来形成线路走向，对于直角和锐角，需要更加精确地控制加工设备和参数，这可能会增加制造成本。

弯曲应力：直角或锐角走线容易导致走线角部产生应力集中。在PCB制造完成后，如果这些角部存在应力集中，容易造成裂纹、焊接点开裂等问题。

铜箔剥离：直角或锐角的走线容易导致铜箔在角部出现剥离现象。当走线处于不平整的表面上，特别是角部，可能会导致铜箔脱离底层基板，从而影响电路性能。

阻焊涂覆：在PCB制造过程中，通常会涂覆阻焊（solder mask）来保护电路板和定义焊接区域。直角或锐角的走线可能会导致阻焊涂覆不均匀，影响制造质量。

综上所述，你是不是觉得，PCB走直角或者锐角就应该拖出去枪毙？所以你从本能上就期望整板都是圆角没有直角和锐角。如果不可避免一定也要泪滴处理一下？

其实没有那么严重：

1、关于信号完整性，直角处走线引起的阻抗变化，传输线的直角带来的寄生电容可以由下面的经验公式来计算。

假设一条特征阻抗为50Ω，线宽为4mil的走线，一个直角带来的分布电容（变化）大概是0.01pF。可见直角走线带来的电容效应是极其微小的。

从阻抗角度来看，走线在直角的地方阻抗会发生变化，传输线的阻抗不连续会产生信号反射，可以根据下面公式来计算反射系数。

一般直角走线带来的阻抗变化会在7%到20%之间，因而反射系数最大为0.1左右，所以直角或锐角走线可能造成的阻抗变化其实是很微小的，对信号的影响不大，除非是GHz级别以上的超高频，PCB应当以圆弧拐弯，一般设计当中无论使用45度拐弯还是直角拐弯，甚至任何角度拐弯都没什么区别。

2、直角尖角走线容易放电或增加电磁辐射，不过尖角放电首先电压要高，能够击穿空气或者电路板的绝缘层，但是没有几千上万伏的普通电路是不太可能出现这种情况的。

认为尖角容易发射或者接收电磁波产生EMI，还没有什么实锤的证据，因为实在是太微弱了。有相关论文测量结果表示，1GHz以下的测量没有显示出90度，45度和圆弧走线的电磁辐射有测量设备能检测出的变化。 

3、走线直角的工艺问题，以前的PCB生产工采用酸性腐蚀液，确实存在尖角处容易出现腐蚀过度的问题，不过90年代后早就采用了更先进的腐蚀液(碱性腐蚀液，如碱性氯化铜 )和光刻胶，已经不存在这个问题了。

总的来说，PCB不能走直角的说法似乎没有什么充足的理由，并非不能越雷池一步，在GHz以下的电路板中，走线的转弯角度无论是直角还是锐角对信号产生的影响微乎其微，需要关注的反而应该是元件布局、地线设计、线宽和过孔等设计参数影响更大，需要重点考虑。

但是我们还是要避免走直角，一方面走直角没有什么坏处但也没有什么特别的好处。走135度钝角更加保险。另一方面可能是历史和传统的问题逐渐形成的行业习惯和美学观点。而且在几乎任何场合钝角代替直角都不会差，有利无害的事情。

关于信号完整性更深入研究可以点击：

PCB拐弯的特性，不一定是圆弧走线最好

前期系列内容：

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我对PCB设计的认知提升过程【2】硬件工程师要不要自己画PCB

我对PCB设计的认知提升过程【3】PCB走线应该走多长？

我对PCB设计的认知提升过程【4】PCB走线应该走多宽？

我对PCB设计的认知提升过程【5】PCB的内电层

我对PCB设计的认知提升过程【6】过孔