多层电路板布线时改变PCB参考平面

多层电路板布线时改变PCB参考平面

如果您是一名新设计师，并且看过一些常见电子产品中的电路板，您可能甚至不知道它们是多层电路板，除非您确切地知道在哪里看。 事实上，更复杂的设备根本不允许将每条走线放置在表面层上，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、电源和接地平面的复杂电路板，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。 如果使用正确的布线工具并在设计过程中实施正确的策略，则无需对重要的信号完整性问题进行艰难的修复。

层堆栈中各层之间的路由

为确保多层PCB能够按预期工作，需要设计正确的叠层。 层压会对信号完整性产生重要影响，尤其是电路板中的 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能否通过EMC检查。

您的路由策略和层堆栈需要相互补充。 正确的堆叠可确保您的路由策略将消除或最大限度地减少信号完整性问题。 正确的出发点是考虑信号层的接地平面布局。 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布线布线到表层的元器件上，就必须在表层信号层和内部信号层之间放置地平面。 这确保了与两层中的 PCB 参考平面的紧密耦合。

在上述布置中，如果仅通过单个地平面路由信号，则可以避免许多信号问题。 当信号通过通孔垂直穿过地平面时，将保持与地平面的耦合，其返回信号将在地平面中被检测到。 这确保了整个路径之间的紧密耦合，并最大限度地减少了电路的环路电感。 这也将布线的辐射 EMI 降低了大约 10 dB。

同样的想法也适用于穿过电源层的过孔布线。 不过，将电源层放置在其接地层附近是个好主意。 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 的敏感性以及接地层和电源层中感应的任何电流。 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 板的参考平面布线

当在叠层中通过两个或多个地平面布线时，接地情况变得更加复杂。 这种情况如下图所示，其中信号从内层路由到表层（如红色箭头所示）。

在这里，信号在内部信号层和表面层中与地平面保持紧密耦合。 然而，在从内部到表面的过渡过程中，存在信号未耦合到任何区域的区域。 您可以在两个地平面之间放置一个过孔，以在转换期间创建返回路径。

如果没有返回路径，你会突然遇到两个问题。 首先，将在最近的接地元件中形成具有最低电抗的返回路径。 这通常是旁路/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时，这将在电路中引起较大的环路电感。

其次，环路面积大会增加对外部辐射EMI和互感引起的串扰的敏感度。 如果两个地平面之间只有一条隔离走线，只要采用低电平信号，就不必担心EMI或串扰问题。 如果您在单个区域进行多次此类转换，则可能需要在平面之间放置多个过孔，或改进堆叠和布线策略。

不要忘记你的路由策略

如果在设计堆栈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切换时就无需通过多个平面进行布线。 使用自动布线器时要小心； 高质量的自动布线器将使您能够将特定层转换定义为布线策略的一部分，理想情况下避免需要通过多个参考平面进行布线。

在设计BGA扇出策略时，需要考虑垂直布线与堆叠关系的一个方面。 对于引脚数量较少的元件，将引脚沿元件边缘排列成四行（见下图）。 一个简单的狗骨扇出策略就足够了，只需要穿过一个地平面。 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的接地，以防止出现信号完整性问题。 设计多层板并实施正确的策略可确保您的电路板保持无信号。 PCB加工及PCB组装加工厂讲解多层PCB布线时如何改变PCB参考平面。