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在多层电路板布线期间更改PCB参考平面
在多层电路板布线期间更改PCB参考平面
如果您是一名新设计师，并且看了一眼常见电子产品中的某些板，您可能甚至不会意识到它们是多层板，除非您确切知道要看的位置。事实是，更复杂的设备根本不允许将每条迹线放置在表面层上，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，您的路由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。如果在设计过程中使用正确的路由工具并实施正确的策略，则无需对重要的信号完整性问题进行困难的修复。
层堆栈中各层之间的路由
要确保多层PCB能够按预期工作，就需要设计正确的叠层。叠层将对信号完整性，特别是板内的EMI及其对外部辐射EMI的敏感性产生重要影响。这也确定了板在制造后是否可以通过EMC检查。
您的路由策略和层堆栈将需要相互补充。正确的堆叠可以确保您的路由策略将消除或最小化信号完整性问题。正确的起点是考虑信号层的接地平面布置。每个信号层应直接放置在接地平面附近。只要将内部信号层中的走线路由到表面层上的组件，就必须在表面信号层和内部信号层之间放置接地层。这样可确保在两层中紧密耦合到PCB参考平面。
在上述布置中，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。当信号通过通孔垂直穿过接地层时，它将保持耦合到接地平面，并且其返回信号将在接地平面中感应。这样可确保整个路径之间紧密耦合，并最大程度地减小电路的环路电感。这也可将走线的辐射EMI降低约10 dB。
同样的想法适用于跨电源平面的过孔布线。虽然，将电源平面放置在其接地平面附近是个好主意。这样可以最大程度地减小环路电感，从而最大程度地降低对EMI的敏感性以及在接地层和电源层中感应出的任何电流。这也增加了平面之间的电容，为电源平面中的任何高频传导EMI提供了低阻抗的返回路径。
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。下面显示了这种情况，其中信号从内层路由到表层（如红色箭头所示）。
在此，信号保持与内部信号层和表面层中的接地层的紧密耦合。但是，在从内部到表面的过渡过程中，存在一个信号未耦合到任何区域的区域。您可以在两个接地层之间放置一个过孔，以在过渡期间创建返回路径（请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，您会突然遇到两个问题。首先，将在最近的接地元件中以最低的电抗形成返回路径。这通常是一个旁路/去耦电容器，但也可以是连接到接地层的过孔。当过孔强烈辐射到过渡区域中时，这会在电路中引起很大的环路电感。
其次，较大的环路面积会增加对外部辐射EMI的敏感性以及通过互感引起的串扰。如果在两个接地层之间只有一条隔离的路由，则只要使用低电平信号，就不必担心EMI或串扰问题。如果在单个区域中进行多个这些转换，则可能需要在平面之间放置多个过孔，或者改善堆叠和布线策略。
不要忘记您的路由策略
如果在设计叠层之前为每个信号网络设计正确的布线策略，则可以消除在表面和内部信号层之间转换时通过多个平面进行布线的需要。使用自动布线器时要小心；高质量的自动布线器将使您可以将特定的层转换定义为布线策略的一部分，从而理想地避免了需要通过多个参考平面进行布线的情况。
在设计BGA扇出策略时，需要考虑垂直布线和堆叠之间关系的一个方面。对于低引脚数的组件，将引脚沿着组件的边缘排列成四行（请参见下图），简单的狗骨头扇出策略就足够了，并且只需要穿过单个接地层即可。当使用更高引脚数的封装时，您可能别无选择，只能对单个信号网络使用两个或多个接地层。确保查阅制造商的数据表并保持正确的接地，以防止信号完整性问题。
设计多层板并实施正确的策略可确保您的板保持无信号问题。Altium Designer包含您需要在单个界面中设计最佳多层板的层堆栈设计，布局和仿真功能。