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您应该使用电源平面作为返回路径吗？
您应该使用电源平面作为返回路径吗？
电源层和接地层不仅对电源和返回电源的分配很重要。在定义参考平面时，通过阻抗控制布线和管理返回路径，您的叠层可能会强制返回电流在耦合回接地层之前进入电源平面。让我们来看看一些使用电源平面作为返回路径来控制 PCB 中返回路径的良好做法。
以电源平面作为返回路径的信号行为
除非您想在EMI 敏感性、瞬态振铃和一致阻抗方面遇到问题，否则您需要仔细管理与参考平面的距离。如果您可以选择使用电源层或接地层作为返回路径或信号参考，则应始终选择接地层。这有两个原因，我将在下面更详细地解释。
首先，即使返回电流进入电源层，它最终也需要接地。其次，当您采用信号-电源-信号-接地层布置时，不需要的干扰和开关噪声会在电源层和附近的信号层之间耦合。稍微好一点的安排是在层堆栈中使用信号电源接地信号。电源层仍将用作返回层，但返回路径仍可作为位移电流返回接地。
在具有密集组件布局和布线的高速电路板中，通常应避免将电源平面或电源轨用作返回路径的情况。对于敏感电源轨尤其如此，例如用于为模拟收发器、PLL、脉冲驱动器电路或其他对抖动和其他噪声问题特别敏感的组件供电的电源轨。
具有多个电源平面的首选堆叠
尽管您可以将电源平面用作信号的阻抗参考和返回路径，但您需要在附近放置一个接地平面，以防止在如下所示的层堆栈类型中的层之间发生耦合。顶部信号层耦合到电源层（蓝色），底部信号层耦合到接地层（红色）。
层堆栈的类型可以允许噪声从信号层 1 耦合到信号层 3。
这种层排列并不理想，因为您有两个相邻的信号层，这可能会促进串扰。它还允许开关噪声从信号层 1（表面层）电容耦合到信号层 3。更好的安排是使用 8 层板代替，在表面层下方有两个接地层，另一个在内部信号层之间层。
通常，由于信号走线的尺寸小，相邻层之间的寄生电容可能非常小，从而在电源层和接地层中的任何返回电流之间创建了一个有点高阻抗的返回路径。在电源平面和接地平面中的任何返回电流之间提供低阻抗返回路径的正常方法是在电源/接地平面之间放置一个去耦/旁路电容器。当处理更高频率的信号时，通过旁路电容器的路径将比电源层、信号层 3 和 4 以及最终接地层之间的路径具有更低的阻抗。您使用的旁路电容器的大小应设置为具有高于电路板相关带宽边缘的自谐振频率。
在需要复杂电源分配或使用在不同级别运行的组件的系统中，一种做法是使用两个或更多电源层。一个示例是使用 5 V 有源组件和 3.3 V MCU/FPGA/ASIC 或类似组件的电路板。两个稳压器将用于通过每个电源平面供电，并且这些平面中的每一个都需要参考一个或多个接地平面。你在你的叠层层布置是用于防止开关噪声信号层之间穿过的关键。
当多个电源平面与高速设备一起使用时，最好增加层数并为每个电源平面分配自己的接地平面。这在使用混合信号板时尤为重要，因为在不同信号层之间提供屏蔽、电源/接地层之间的强耦合以及接地层中的可靠返回路径变得更加容易。FPGA 制造商可能会建议对具有不同信号电平或混合信号板的相邻电源层和接地层使用以下布置。
多个电源平面的示例堆叠。
这允许将返回路径直接发送到接地层，而不是允许它通过电源层耦合到附近的信号层。这可以防止信号之间的不必要干扰。
要点：设计您的返回路径
无论您允许信号先耦合回电源层，然后再耦合到地层，还是直接耦合回地层，您都需要仔细设计您的返回路径，以防止任何返回信号之间出现不需要的耦合。这里的重要一点是，当电路板连接回接地层时，电路板中的任何电路都是完整的，无论这种耦合是直接耦合、通过去耦/旁路电容器还是由于层间电容。
虽然您可以在技术上利用电源平面作为屏蔽层和参考平面（假设信号轨道和电源平面之间的电位差不是 0 V），但通常很难控制返回路径。对于高速/高频板尤其如此。在以低信号电平运行的更高级设计中，您可能使用差分对，在这种情况下，返回路径由差分驱动提供，即，它与高信号轨迹平行流动。