1. 引言

工业控制机柜（如PLC、DCS系统）的大尺寸PCB（常达400mm×500mm）需承载多模块长距离布线（单根布线最长超300mm），但信号衰减与串扰问题突出——某工控厂商曾因400mm×500mm PCB的模拟量布线衰减超25%，导致温度采集误差达±2℃，无法满足工业级精度要求（±0.5℃）。工控大尺寸PCB需符合**GB/T 13982（工业控制机通用规范）第5.2条款**，模拟信号衰减≤10%、数字信号串扰≤-30dB。捷配累计交付45万+片工控大尺寸PCB，长布线信号达标率99%，本文拆解长距离布线的拓扑设计、阻抗控制及串扰抑制方案，助力解决工控信号完整性问题。

2. 核心技术解析

3. 实操方案

3.1 布线拓扑与阻抗设计

1. 拓扑选择：① 数字总线（如 EtherCAT）用 Fly-by 拓扑，首端接主芯片，末端接终端匹配电阻（100Ω±1%），布线长度差≤10mm；② 模拟信号（4-20mA）用 “点对点拓扑”，避免分支，布线长度控制在 300mm 以内，用捷配拓扑设计工具 JPE-Topo 3.0 自动生成符合标准的拓扑方案；
2. 阻抗控制：① 差分阻抗（100Ω）：线宽 0.25mm，线距 0.25mm，层间厚度 0.15mm（生益 S1130 基材），用 Altium Designer 阻抗计算器验证，同步通过捷配 DFM 预审系统（JPE-DFM 6.0）检查阻抗连续性；② 模拟信号阻抗：采用 “等宽布线”，线宽 0.3mm，避免突然变宽 / 变窄（变宽幅度≤20%），阻抗波动控制在 ±8% 以内；
3. 串扰抑制：① 相邻差分对间距≥0.75mm（3 倍线宽），模拟线与数字线间距≥2mm；② 敏感信号（如温度采集线）铺设地线隔离，地线宽度≥0.5mm，形成 “屏蔽走廊”，串扰控制在 - 35dB 以下（用示波器 JPE-Osc-500 测试）。

3.2 布线工艺与信号验证

1. 布线顺序：先布高速信号（如 EtherCAT），再布模拟信号，最后布电源与地线，避免高速信号绕线过长（绕线长度≤10mm）；
2. 过孔优化：长距离布线过孔数量≤3 个，过孔直径 0.3mm，孔壁铜厚≥20μm（符合IPC-6012F 第 4.3 条款），避免过孔过多导致阻抗突变；
3. 信号测试：每批次首件送捷配信号实验室，测试① 衰减：300mm 长 EtherCAT 信号衰减≤8%（按 GB/T 13982）；② 串扰：相邻布线串扰≤-35dB；③ 延迟：差分信号延迟差≤5ns，测试合格率需 100%。