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技术专题
电路板设计组织创建参考计划
我们在设计中如此仔细地跟踪走线的信号必须返回其源头。为此，他们需要设计良好的参考平面以获得良好的返回路径。这是电路板总体设计中的关键阶段，但是，如果在设计返回路径时未加注意，则电路板的性能可能会受到影响。我们将研究PCB中的返回路径如何工作，以及在设计中成功创建参考平面的一些技巧。
尽管通常将印刷电路板的走线称为传导信号，但事实是，走线与信号的返回路径协同工作以传导电压和电流。这两个成对的导体产生信号的电场和磁场，该信号穿过导体之间的空间传播，该空间是分隔走线和返回路径的介电层。如前所述；正如人们穿过走廊而不是穿过限定走廊的墙壁一样，信号的能量也要穿过痕迹之间的空间而不是痕迹本身。
信号将使用在其自己的频率上可以找到的最接近和最简单的路径作为返回路径。在印刷电路板上，最终可能是导线，屏蔽，走线或金属平面。无论信号能够找到的最低阻抗路径如何，它都将用作返回路径。当电路板以较慢的信号速度运行时，返回信号能够在更多地方徘徊，以便在返回路径中找到一条路径。但是，随着电路板中信号速度的提高，提供清晰的返回路径变得越来越重要，以便信号具有不间断的环路供电流流入。
电路板上信号最理想的返回路径是大面积的金属或平面层，该金属层将成为参考平面。通常，这将是一个接地平面，并且需要在信号走线的相邻层上，并在它们之间有一层电介质。有了明确定义的走线和参考平面，信号的能量将被包含，并且不会超出平面到达电路板堆叠中的下一层。这有助于防止信号能量干扰该区域中的其他信号。但是，如果未正确完成走线和参考平面的配对，则可能会导致PCB性能出现问题。
这样的多层布线需要精心设计的参考平面，以实现良好的信号返回路径
没有良好的参考平面可能发生的问题
正如我们上面提到的，较早的电路较慢的信号速度对返回路径的要求并不需要今天的高速电路。甲配电网络上的那些慢板（PDN）往往多为设计师比的信号的明确返回的便利性而设计的。但是，在当今的高速电路中，缺少良好的信号返回路径可能会导致电路板中产生大量噪声。这种噪声会通过创建错误的信令来破坏电路的正确操作。缺少直接返回路径也会在该路径中引入阻抗，并在接地层上产生电压降，导致接地反弹。
信号返回将耦合到它们所能找到的任何位置，如果没有好的参考平面，则该能量甚至可能与其他迹线耦合。这就是所谓的共模能量，它会在意料之外的地方产生天线，并可能产生额外的噪声。参考平面还旨在包含在轨迹周围生成的信号能量场。如果没有足够的参考平面靠近走线上的信号，那么这些能量场可能会扩展到电路板的其余部分，或者扩展到其他设备上。
如您所见，为清晰的信号路径正确设计参考平面非常重要。这里有一些关于如何做到这一点的想法。
PCB的侧视图，显示了成对的布线选项
成功创建参考平面的建议
为了设计具有良好信号完整性的印刷电路板，需要从电路板层的材料和配置开始的许多工程决策。我们不会研究所有这些细节，而是专注于有效的参考平面的良好PCB设计的一些基础知识：
将路由信号尽可能保持在一层上：
传输线成功路由取决于将迹线与参考平面耦合以获得良好的信号返回。最好的方法是将走线布线保持在一层上，并使参考平面紧邻该层。但是，这在实际的PCB设计中并不实用，通常您需要更改层以获取所有布线。更改层时，请尝试转到与同一平面相邻的下一层。这样，您的返回路径可以在同一参考平面上连续不断。但是，如果确实必须在层堆叠中进一步移动走线，则应使用通过进行地面传输。
您可以在上图中看到这一点。红线表示走线中的信号方向，而蓝线表示平面上的返回路径。在左侧，您可以看到走线的位置向下延伸，穿过多个层的通孔，并且使用传输通孔将两个接地层连接在一起，从而为返回路径提供不间断的流动。在右侧，走线通孔一直通到下一个信号层，该信号层允许相邻平面用作两个信号层的不间断返回路径。
不要在分离平面上布置传输线：
分割用作参考平面的接地平面将切断正在通过该区域的任何信号的返回路径。由于信号必须寻找其他路径才能返回，因此有可能在电路板上产生大量噪声。这些信号返回可能会跳到其他信号走线，并在这些线上产生很多共模能量。您可以做的最好的事情就是不要分割接地层。
但是，如果必须拆分地平面，请确保不要在拆分上方布线。在许多情况下，仍然需要在一个点将两个分开的接地平面连接在一起。正是在这个位置上，您应该尝试路由任何需要跨越拆分的信号。在其上同时进行了电源和地线分配的平面层几乎无法提供有效的信号返回方式。另一个潜在的问题是缝隙，切口或成簇的通孔，它们可能在参考平面中为返回路径设置障碍。在下面的图片中，您可以看到接地平面中的过孔线如何有效地阻塞了该区域以提供清晰的返回路径。
上面显示的过孔线将有效地阻塞此参考平面上的信号返回路径
模拟和数字部分与信号应相互隔离
这些部分可能会因它们产生的噪声而相互影响，因此应将它们分开，并且它们的信号返回不应共享同一参考平面。最好在可能的情况下将隔离平面用于电路的不同区域。
使跟踪路由越短越好
尽管出于时序原因，某些高速走线确实需要增加长度，但通常最好使走线尽可能短。这为信号提供了最直接的路径，并为您提供了清晰的返回路径的最佳机会。迹线越短，出现问题的时间就越少。