在PCB中需要有一個(gè)設(shè)計(jì)良好的參考平面以獲得返回路徑。這是電路板總體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵階段，但是，如果在設(shè)計(jì)返回路徑時(shí)未加注意，則電路板的性能可能會(huì)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(jì)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(chēng)為傳導(dǎo)信號(hào)，但實(shí)際上，是走線與信號(hào)的返回路徑協(xié)同工作以傳導(dǎo)電壓和電流。這兩個(gè)成對(duì)的導(dǎo)體產(chǎn)生信號(hào)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，該信號(hào)穿過(guò)導(dǎo)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(guò)走廊而不是穿過(guò)構(gòu)成走廊的墻壁一樣，信號(hào)的能量也會(huì)穿過(guò)痕跡之間的空間而不是痕跡本身。

信號(hào)將使用在其自己的頻率上可以找到的最接近和最簡(jiǎn)單的路徑作為返回路徑。在印制電路板上，它們可能是導(dǎo)線、屏蔽、走線或金屬平面。無(wú)論信號(hào)能夠找到的最低阻抗路徑如何，它都將用作返回路徑。當(dāng)電路板以較慢的信號(hào)速度運(yùn)行時(shí)，返回信號(hào)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(hào)速度的提高，提供清晰的返回路徑變得越來(lái)越重要，這樣才能使信號(hào)具有不間斷的環(huán)路供電流流入。

圖源：freeimages

電路板上信號(hào)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(gè)接地平面，并且需要在信號(hào)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(hào)的能量將被包含，不會(huì)溢出平面到達(dá)電路板堆疊中的下一層。這有助于防止信號(hào)的能量干擾該區(qū)域中的其他信號(hào)。但是，如果未正確完成走線和參考平面的配對(duì)，則可能會(huì)導(dǎo)致PCB性能出現(xiàn)問(wèn)題。

如果沒(méi)有｜參考平面

正如上面提到的，較早的電路及較慢的信號(hào)速度對(duì)返回路徑的要求并沒(méi)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(jì)者方便，而不是為了讓信號(hào)清晰的返回設(shè)計(jì)的。但是，在當(dāng)今的高速電路中，缺少良好的信號(hào)返回路徑可能會(huì)導(dǎo)致電路板中產(chǎn)生大量噪聲。這種噪音會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的信號(hào)，從而干擾電路的正常運(yùn)行。缺少直接返回路徑也會(huì)在該路徑中引入阻抗，并在接地層上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致接地反彈。

圖源：freeimages

信號(hào)返回將耦合到它們所能找到的任何位置，如果沒(méi)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(chēng)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?chē)傻男盘?hào)能量場(chǎng)。如果沒(méi)有足夠的參考平面靠近走線上的信號(hào)，那么這些能量場(chǎng)可能會(huì)擴(kuò)展到電路板的其余部分，或者擴(kuò)展到其他設(shè)備上。

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

設(shè)計(jì)｜參考平面

為了設(shè)計(jì)具有良好信號(hào)完整性的印制電路板，需要從電路板層的材料和配置開(kāi)始的許多工程入手。當(dāng)然，并不用研究所有的細(xì)節(jié)，只需要注意有效優(yōu)化參考平面的PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)即可。

將布線信號(hào)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(hào)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(jì)中不是很實(shí)際，通常需要更改層以進(jìn)行所有的布線。更改層時(shí)，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(jìn)一步移動(dòng)走線，應(yīng)該使用一個(gè)接地傳輸。

圖源：pexels

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(guò)該區(qū)域的所有信號(hào)的返回路徑。由于信號(hào)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(hào)返回可能會(huì)跳到其他信號(hào)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(gè)點(diǎn)將兩個(gè)分開(kāi)的接地平面連接在一起。應(yīng)該在這個(gè)位置上，嘗試傳輸需要跨越拆分的信號(hào)。同時(shí)進(jìn)行了電源和接地分配的平面層將無(wú)法提供有效的信號(hào)返回方式。另一個(gè)潛在的問(wèn)題是插槽、斷路或集群通道，它們可能在參考平面上對(duì)返回路徑設(shè)置障礙。

● 模擬、數(shù)字部分和信號(hào)接地應(yīng)相互隔離

這些部分可能會(huì)因它們產(chǎn)生的噪聲而相互影響，因此應(yīng)將它們分開(kāi)，并且它們的信號(hào)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(shí)序原因，某些高速走線確實(shí)需要增加長(zhǎng)度，但最好讓走線盡可能短。這為信號(hào)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(wèn)題就越少。

責(zé)任編輯：lq