您应该在 PCB 電(diàn)源平面中路由信号吗？

2021-08-09

您应该在 PCB 電(diàn)源平面中路由信号吗？

再一次，我们有(yǒu)一个很(hěn)好的例子，说明一个長(cháng)期存在的设计指南没有(yǒu)足够的背景。这个问题的简短回答(dá)是“是”，在某些情况下可(kě)以这样做。这种做法很(hěn)常见，我们在客户端板上这样做，这些产品没有(yǒu)任何阻抗问题、EMC 问题或 DC 功率损耗，因為(wèi)叠层设计正确，并且因為(wèi)我们考虑了如何正确布線(xiàn)设计。但是，在電(diàn)源层上布線(xiàn)信号或在信号层上布線(xiàn)電(diàn)源轨时，需要考虑多(duō)个维度。困难来自对電(diàn)路板中電(diàn)源完整性、受控阻抗和直流電(diàn)源分(fēn)配的考虑。

如何在 PCB 電(diàn)源平面层中路由信号

在开始用(yòng)走線(xiàn)切割 PCB 的電(diàn)源平面层之前，您需要考虑以下方面的设计要求：

電(diàn)源平面電(diàn)流容量

低速与高速信号和阻抗

如果平面用(yòng)作参考层，则返回路径

让我们更详细地了解每个领域。

電(diàn)源平面電(diàn)流容量

每当您设计電(diàn)源平面时，它都会有(yǒu)一些定义的载流能(néng)力，这与构成平面层的铜的尺寸有(yǒu)关。如果您开始通过高功率平面布線(xiàn)，您将平面分(fēn)割成多(duō)个部分(fēn)，每个部分(fēn)的電(diàn)流容量将低于统一平面层。此外，如果您的電(diàn)源层的形状非常复杂，您最终可(kě)能(néng)会创建一个具有(yǒu)高電(diàn)流密度的漏斗，该漏斗会变得很(hěn)热。您可(kě)以在 PDN 分(fēn)析器模拟中可(kě)视化这样的效果。

高電(diàn)流電(diàn)源平面中的这个區(qū)域可(kě)以充当具有(yǒu)较低電(diàn)流容量的阻塞点。

弥补電(diàn)源层中布線(xiàn)的一种解决方案是在相邻层上使用(yòng)另一个并行运行的電(diàn)源平面。在这种安排中，您实际上是将電(diàn)流分(fēn)流到两个平行平面，这将有(yǒu)助于确保您不会超过任何一个平面部分(fēn)的電(diàn)流容量。对于大多(duō)数低功耗设备，您通常无需担心这一点。但是，如果您有(yǒu)一个高功率系统，则可(kě)能(néng)无论如何都需要这样做，以便系统可(kě)以提供足够的功率而不会变得太热。一个常见的例子是背板(3U/6U) 或其他(tā)机架安装单元。

跟踪阻抗

如果您没有(yǒu)通过電(diàn)源层上的覆铜布布線(xiàn)受控阻抗線(xiàn)，您就不必太担心这一点。只要您遵循此列表中的其他(tā)准则（如果适用(yòng)），SPI 和 I2C 等低速数字协议以及 GPIO 就可(kě)以通过覆铜路由而不会出现问题。阻抗很(hěn)重要的高速协议是另一回事，您需要确保在这些迹線(xiàn)周围提供足够的覆铜间隙，以确保不违反阻抗目标。如果您的功率注入太靠近您的走線(xiàn)，那么您需要在层堆叠中使用(yòng)共面计算，以确保您不会违反阻抗容差。

在这个例子中，我已经清除了電(diàn)源层，因為(wèi)在这一层更容易為(wèi)走線(xiàn)腾出空间。请注意，我还忽略了大中央區(qū)域的铜，因為(wèi)由于该板的间隙规则，它不会提供任何有(yǒu)用(yòng)的功能(néng)。

通过应用(yòng)高间隙切割平面所涉及的危险是最终将铜切割成太多(duō)部分(fēn)。如果走線(xiàn)过多(duō)，则会在布局周围留下大量剩余的铜，这些铜被切成小(xiǎo)块。对于同样需要阻抗控制的低层数板，您可(kě)能(néng)没有(yǒu)另一个電(diàn)源层用(yòng)于将所有(yǒu)这些部分(fēn)重新(xīn)连接在一起。如果您发现必须通过電(diàn)源层布線(xiàn)大量走線(xiàn)，最好再添加两层（電(diàn)源层和接地层）。

返回路径

与任何其他(tā)情况下的布線(xiàn)一样，请确保 PCB 中的信号具有(yǒu)明确定义的返回路径，尤其是在電(diàn)源层布線(xiàn)时。这里的问题是如果您在相邻层中布線(xiàn)。当您在与電(diàn)源區(qū)域相同的层中布線(xiàn)时，您将在参考平面中放置间隙。对于電(diàn)源區(qū)域，这通常没问题，除非您使用(yòng)電(diàn)源區(qū)域作為(wèi)另一层信号的参考。然后，如果您碰巧穿过这些间隙之一，则会创建一个具有(yǒu)更高寄生電(diàn)感的區(qū)域，然后可(kě)以从串扰或外部源接收更多(duō) EMI。

对于在两个平面层之间传播的低速协议，只要另一层中的平面是统一的，您就可(kě)以通过拆分(fēn)的電(diàn)源平面进行路由。您创建的阻抗不连续性将在電(diàn)气上很(hěn)短，因此您无需担心反射，并且另一层上存在平面有(yǒu)助于确保仍然存在明确的返回路径，尽管该區(qū)域的電(diàn)感较高随着飞机分(fēn)裂。对于更高速度的信号，这更為(wèi)重要，您最好添加一个新(xīn)层来為(wèi)这些信号腾出空间，而不是切断電(diàn)源层。

概括

总而言之，如果您使用(yòng)不需要阻抗控制的低速数字信号操作，我不会太担心電(diàn)源覆铜中的布線(xiàn)。请注意電(diàn)源层周围的電(diàn)流路径，尽量不要将電(diàn)源层切成小(xiǎo)岛。在其他(tā)情况下，您应该使用(yòng)附加层并在那里布線(xiàn)。此外，必要时请注意阻抗要求：放置得太靠近带状線(xiàn)或微带線(xiàn)的铜会产生阻抗偏差，确保附近有(yǒu)另一个参考平面，并避免穿过相邻层的间隙布線(xiàn)。