PCB中的返回路徑如何工作，在設(shè)計中成功創(chuàng)建參考平面的技巧

在PCB中需要有一個設(shè)計良好的參考平面以獲得返回路徑。這是電路板總體設(shè)計中的關(guān)鍵階段，但是，如果在設(shè)計返回路徑時未加注意，則電路板的性能可能會受到影響。本文將研究PCB中的返回路徑如何工作，以及提供一些在設(shè)計中成功創(chuàng)建參考平面的技巧。

什么是｜參考平面

盡管通常將印制電路板的走線稱為傳導信號，但實際上，是走線與信號的返回路徑協(xié)同工作以傳導電壓和電流。這兩個成對的導體產(chǎn)生信號的電場和磁場，該信號穿過導體之間的空間傳播，該空間是分隔走線和返回路徑的介電層。就像人們穿過走廊而不是穿過構(gòu)成走廊的墻壁一樣，信號的能量也會穿過痕跡之間的空間而不是痕跡本身。

信號將使用在其自己的頻率上可以找到的最接近和最簡單的路徑作為返回路徑。在印制電路板上，它們可能是導線、屏蔽、走線或金屬平面。無論信號能夠找到的最低阻抗路徑如何，它都將用作返回路徑。當電路板以較慢的信號速度運行時，返回信號能夠在更多地方徘徊，以便找到一條最方便的路徑。但是，隨著電路板上信號速度的提高，提供清晰的返回路徑變得越來越重要，這樣才能使信號具有不間斷的環(huán)路供電流流入。

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電路板上信號最理想的返回路徑是大面積的金屬或平面層，該金屬層將成為參考平面。通常，這將是一個接地平面，并且需要在信號走線的相鄰層上，并在它們之間有一層電介質(zhì)。有了明確定義的走線和參考平面，信號的能量將被包含，不會溢出平面到達電路板堆疊中的下一層。這有助于防止信號的能量干擾該區(qū)域中的其他信號。但是，如果未正確完成走線和參考平面的配對，則可能會導致PCB性能出現(xiàn)問題。

如果沒有｜參考平面

正如上面提到的，較早的電路及較慢的信號速度對返回路徑的要求并沒有今天的高速電路高。那些慢板上的配電網(wǎng)絡(luò)(PDN)通常只是為了設(shè)計者方便，而不是為了讓信號清晰的返回設(shè)計的。但是，在當今的高速電路中，缺少良好的信號返回路徑可能會導致電路板中產(chǎn)生大量噪聲。這種噪音會產(chǎn)生錯誤的信號，從而干擾電路的正常運行。缺少直接返回路徑也會在該路徑中引入阻抗，并在接地層上產(chǎn)生電壓降，導致接地反彈。

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信號返回將耦合到它們所能找到的任何位置，如果沒有好的參考平面，則該能量甚至可能與其他跡線耦合。這被稱為共模能量，它可能在意料之外的地方產(chǎn)生天線，并可能產(chǎn)生額外的噪聲。參考平面還旨在包含在軌跡周圍生成的信號能量場。如果沒有足夠的參考平面靠近走線上的信號，那么這些能量場可能會擴展到電路板的其余部分，或者擴展到其他設(shè)備上。

為清晰的信號路徑正確設(shè)計參考平面非常重要。接下來將介紹一些正確設(shè)計參考平面的技巧。

設(shè)計｜參考平面

為了設(shè)計具有良好信號完整性的印制電路板，需要從電路板層的材料和配置開始的許多工程入手。當然，并不用研究所有的細節(jié)，只需要注意有效優(yōu)化參考平面的PCB設(shè)計基礎(chǔ)知識即可。

將布線信號盡可能保持在一層上：

傳輸線成功布線取決于將跡線與參考平面耦合以獲得良好的信號返回。最好的方法是將走線布線保持在一層上，并使參考平面緊鄰該層。但是，這在PCB設(shè)計中不是很實際，通常需要更改層以進行所有的布線。更改層時，可以嘗試轉(zhuǎn)到與同一平面相鄰的下一層。這樣，的返回路徑可以在同一參考平面上連續(xù)不斷。但是，如果必須在層堆疊中進一步移動走線，應(yīng)該使用一個接地傳輸。

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不要在分離平面上布設(shè)傳輸線：

分割用作參考平面的接地平面將切斷正在通過該區(qū)域的所有信號的返回路徑。由于信號必須尋找其他路徑才能返回，因此有可能在電路板上產(chǎn)生大量噪聲。這些信號返回可能會跳到其他信號軌跡，并在這些線上產(chǎn)生很多共模能量。因此，最好不要分割接地層。

但是，如果必須拆分地平面，應(yīng)該確保不要在拆分上方布線。在許多情況下，仍然需要在一個點將兩個分開的接地平面連接在一起。應(yīng)該在這個位置上，嘗試傳輸需要跨越拆分的信號。同時進行了電源和接地分配的平面層將無法提供有效的信號返回方式。另一個潛在的問題是插槽、斷路或集群通道，它們可能在參考平面上對返回路徑設(shè)置障礙。

● 模擬、數(shù)字部分和信號接地應(yīng)相互隔離

這些部分可能會因它們產(chǎn)生的噪聲而相互影響，因此應(yīng)將它們分開，并且它們的信號返回不應(yīng)共享同一參考平面。最好在可能的情況下將隔離平面用于電路的不同區(qū)域。

● 走線越短越好

盡管出于時序原因，某些高速走線確實需要增加長度，但最好讓走線盡可能短。這為信號提供了最直接的路徑，并提供了清晰的返回路徑。跡線越短，出現(xiàn)的問題就越少。

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