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在多层板布线期间更改 PCB 参考平面
在多层板布线期间更改 PCB 参考平面
用于到达内部 PCB 层的带有圆环的通孔
如果您是一名新设计师，并且您查看了常见电子产品中的一些电路板，您甚至可能不会意识到它们是多层电路板，除非您确切地知道该看哪里。事实是，更复杂的设备根本不允许将每条迹线都放置在表面层上，因此必须在内部层内路由信号以进行所需的连接。
对于涉及多个信号、电源和接地层的复杂电路板，您的布线策略对于确保信号完整性和与参考平面的紧密耦合至关重要。如果您在设计过程中使用了正确的布线工具并实施了正确的策略，您就不需要对重要的信号完整性问题进行困难的修复。
在层堆栈中的层之间路由
确保您的多层 PCB 按预期工作需要设计正确的层堆栈。您的层堆栈将对信号完整性产生重要影响，尤其是对电路板内的 EMI 及其对外部辐射 EMI 的敏感性。这也决定了电路板在制造后是否可以通过 EMC 检查。
您的路由策略和层堆栈需要相互补充。正确的堆叠可以确保您的路由策略消除或最大限度地减少信号完整性问题。正确的起点是考虑相对于信号层的地平面布置。每个信号层都应直接与接地层相邻放置。只要内部信号层中的走线连接到表面层上的元件，在表面信号层和内部信号层之间放置接地层就很重要。这确保了两层中与 PCB 参考平面的紧密耦合。
在上述安排中，如果仅通过单个接地层路由信号，则可以避免许多信号问题。当信号通过过孔垂直穿过接地层时，它将保持耦合到接地层，其返回信号将在接地层中感应。这确保了整个路由的紧密耦合，并最大限度地减少了电路的环路电感。这也将来自走线的辐射 EMI 降低了约 10 dB。
相同的想法适用于通过电源平面上的过孔布线。尽管如此，将电源平面放置在其接地平面附近是个好主意。这最大限度地减少了环路电感，从而最大限度地减少了对 EMI 和接地层和电源层中感应的任何电流的敏感性。这也会增加平面之间的电容，为电源平面中的任何高频传导 EMI 提供低阻抗返回路径。
通过多个 PCB 参考平面布线
通过层堆栈中的两个或多个接地层布线时，接地情况变得更加复杂。这种情况如下所示，其中信号从内部层路由到表面层（如红色箭头所示）。
在这里，信号与内部信号层和表层中的接地层保持紧密耦合。然而，在从内部到表面的过渡过程中，存在一个信号不耦合到任何东西的区域。您可以在两个地平面之间放置一个过孔，以在过渡期间创建返回路径（参见下面的蓝色箭头）。
在 PCB 参考平面之间放置接地过孔
如果没有返回路径，你会突然遇到两个问题。首先，返回路径将在最近的具有最低电抗的接地元件中形成。这通常是一个旁路/去耦电容器，但它也可以是连接到接地层的过孔。由于通孔强烈辐射到过渡区，这会导致电路中产生非常大的环路电感。
其次，较大的环路面积增加了对外部辐射 EMI 和互感串扰的敏感性。如果您在两个接地层之间有一条单独的隔离路径，只要您处理的是低电平信号，您就不必担心 EMI 或串扰问题。如果您在一个区域内进行多个这样的转换，您可能需要在平面之间放置多个过孔，或者改进您的叠层和布线策略。
不要忘记你的路由策略
如果您在设计叠层之前为每个信号网络设计正确的布线策略，则在表面和内部信号层之间转换时，您就无需通过多个平面布线。使用自动布线器时要小心；高质量的自动布线器将让您定义特定的层转换作为布线策略的一部分，理想情况下可以防止需要通过多个参考平面进行布线。
在设计BGA 扇出策略时，您需要考虑垂直布线和叠层之间的关系。对于低引脚数组件，引脚沿组件边缘排列成四行（见下图），一个简单的狗骨扇出策略就足够了，只需要穿过一个接地层。使用更高引脚数的封装时，您可能别无选择，只能为单个信号网络使用两个或更多接地层。请务必查阅制造商的数据表并保持正确接地以防止出现信号完整性问题。
