多層電路板布線時(shí)改變PCB參考平面

如果您是一名新設(shè)計(jì)師，并且看過一些常見電子產(chǎn)品中的電路板，您可能甚至不知道它們是多層電路板，除非您確切地知道在哪里看。 事實(shí)上，更復(fù)雜的設(shè)備根本不允許將每條走線放置在表面層上，因此必須在內(nèi)部層內(nèi)路由信號(hào)以進(jìn)行所需的連接。

對(duì)于涉及多個(gè)信號(hào)、電源和接地平面的復(fù)雜電路板，您的布線策略對(duì)于確保信號(hào)完整性和與參考平面的緊密耦合至關(guān)重要。 如果使用正確的布線工具并在設(shè)計(jì)過程中實(shí)施正確的策略，則無需對(duì)重要的信號(hào)完整性問題進(jìn)行艱難的修復(fù)。

層堆棧中各層之間的路由

為確保多層PCB能夠按預(yù)期工作，需要設(shè)計(jì)正確的疊層。 層壓會(huì)對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生重要影響，尤其是電路板中的 EMI 及其對(duì)外部輻射 EMI 的敏感性。 這也決定了電路板在制造后能否通過EMC檢查。

您的路由策略和層堆棧需要相互補(bǔ)充。 正確的堆疊可確保您的路由策略將消除或最大限度地減少信號(hào)完整性問題。 正確的出發(fā)點(diǎn)是考慮信號(hào)層的接地平面布局。 每個(gè)信號(hào)層應(yīng)直接放置在接地平面附近。 只要將內(nèi)部信號(hào)層中的布線布線到表層的元器件上，就必須在表層信號(hào)層和內(nèi)部信號(hào)層之間放置地平面。 這確保了與兩層中的 PCB 參考平面的緊密耦合。

在上述布置中，如果僅通過單個(gè)地平面路由信號(hào)，則可以避免許多信號(hào)問題。 當(dāng)信號(hào)通過通孔垂直穿過地平面時(shí)，將保持與地平面的耦合，其返回信號(hào)將在地平面中被檢測(cè)到。 這確保了整個(gè)路徑之間的緊密耦合，并最大限度地減少了電路的環(huán)路電感。 這也將布線的輻射 EMI 降低了大約 10 dB。

同樣的想法也適用于穿過電源層的過孔布線。 不過，將電源層放置在其接地層附近是個(gè)好主意。 這最大限度地減少了環(huán)路電感，從而最大限度地減少了對(duì) EMI 的敏感性以及接地層和電源層中感應(yīng)的任何電流。 這也會(huì)增加平面之間的電容，為電源平面中的任何高頻傳導(dǎo) EMI 提供低阻抗返回路徑。

通過多個(gè) PCB 板的參考平面布線

當(dāng)在疊層中通過兩個(gè)或多個(gè)地平面布線時(shí)，接地情況變得更加復(fù)雜。 這種情況如下圖所示，其中信號(hào)從內(nèi)層路由到表層（如紅色箭頭所示）。

在這里，信號(hào)在內(nèi)部信號(hào)層和表面層中與地平面保持緊密耦合。 然而，在從內(nèi)部到表面的過渡過程中，存在信號(hào)未耦合到任何區(qū)域的區(qū)域。 您可以在兩個(gè)地平面之間放置一個(gè)過孔，以在轉(zhuǎn)換期間創(chuàng)建返回路徑。

如果沒有返回路徑，你會(huì)突然遇到兩個(gè)問題。 首先，將在最近的接地元件中形成具有最低電抗的返回路徑。 這通常是旁路/去耦電容器，但也可以是連接到接地層的過孔。 當(dāng)過孔強(qiáng)烈輻射到過渡區(qū)時(shí)，這將在電路中引起較大的環(huán)路電感。

其次，環(huán)路面積大會(huì)增加對(duì)外部輻射EMI和互感引起的串?dāng)_的敏感度。 如果兩個(gè)地平面之間只有一條隔離走線，只要采用低電平信號(hào)，就不必?fù)?dān)心EMI或串?dāng)_問題。 如果您在單個(gè)區(qū)域進(jìn)行多次此類轉(zhuǎn)換，則可能需要在平面之間放置多個(gè)過孔，或改進(jìn)堆疊和布線策略。

不要忘記你的路由策略

如果在設(shè)計(jì)堆棧之前為每個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)正確的布線策略，則在表面和內(nèi)部信號(hào)層之間切換時(shí)就無需通過多個(gè)平面進(jìn)行布線。 使用自動(dòng)布線器時(shí)要小心； 高質(zhì)量的自動(dòng)布線器將使您能夠?qū)⑻囟▽愚D(zhuǎn)換定義為布線策略的一部分，理想情況下避免需要通過多個(gè)參考平面進(jìn)行布線。

在設(shè)計(jì)BGA扇出策略時(shí)，需要考慮垂直布線與堆疊關(guān)系的一個(gè)方面。 對(duì)于引腳數(shù)量較少的元件，將引腳沿元件邊緣排列成四行（見下圖）。 一個(gè)簡(jiǎn)單的狗骨扇出策略就足夠了，只需要穿過一個(gè)地平面。 使用更高引腳數(shù)的封裝時(shí)，您可能別無選擇，只能為單個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)使用兩個(gè)或更多接地層。 請(qǐng)務(wù)必查閱制造商的數(shù)據(jù)表并保持正確的接地，以防止出現(xiàn)信號(hào)完整性問題。 設(shè)計(jì)多層板并實(shí)施正確的策略可確保您的電路板保持無信號(hào)。 PCB加工及PCB組裝加工廠講解多層PCB布線時(shí)如何改變PCB參考平面。