在多(duō)层板布線(xiàn)期间更改 PCB 参考平面

2021-06-16

在多(duō)层板布線(xiàn)期间更改 PCB 参考平面

用(yòng)于到达内部 PCB 层的带有(yǒu)圆环的通孔

如果您是一名新(xīn)设计师，并且您查看了常见電(diàn)子产品中的一些電(diàn)路板，您甚至可(kě)能(néng)不会意识到它们是多(duō)层電(diàn)路板，除非您确切地知道该看哪里。事实是，更复杂的设备根本不允许将每条迹線(xiàn)都放置在表面层上，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(duō)个信号、電(diàn)源和接地层的复杂電(diàn)路板，您的布線(xiàn)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。如果您在设计过程中使用(yòng)了正确的布線(xiàn)工具并实施了正确的策略，您就不需要对重要的信号完整性问题进行困难的修复。

在层堆栈中的层之间路由

确保您的多(duō)层 PCB 按预期工作需要设计正确的层堆栈。您的层堆栈将对信号完整性产生重要影响，尤其是对電(diàn)路板内的 EMI 及其对外部辐射 EMI 的敏感性。这也决定了電(diàn)路板在制造后是否可(kě)以通过 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(kě)以确保您的路由策略消除或最大限度地减少信号完整性问题。正确的起点是考虑相对于信号层的地平面布置。每个信号层都应直接与接地层相邻放置。只要内部信号层中的走線(xiàn)连接到表面层上的元件，在表面信号层和内部信号层之间放置接地层就很(hěn)重要。这确保了两层中与 PCB 参考平面的紧密耦合。

在上述安排中，如果仅通过单个接地层路由信号，则可(kě)以避免许多(duō)信号问题。当信号通过过孔垂直穿过接地层时，它将保持耦合到接地层，其返回信号将在接地层中感应。这确保了整个路由的紧密耦合，并最大限度地减少了電(diàn)路的环路電(diàn)感。这也将来自走線(xiàn)的辐射 EMI 降低了约 10 dB。

相同的想法适用(yòng)于通过電(diàn)源平面上的过孔布線(xiàn)。尽管如此，将電(diàn)源平面放置在其接地平面附近是个好主意。这最大限度地减少了环路電(diàn)感，从而最大限度地减少了对 EMI 和接地层和電(diàn)源层中感应的任何電(diàn)流的敏感性。这也会增加平面之间的電(diàn)容，為(wèi)電(diàn)源平面中的任何高频传导 EMI 提供低阻抗返回路径。

通过多(duō)个 PCB 参考平面布線(xiàn)

通过层堆栈中的两个或多(duō)个接地层布線(xiàn)时，接地情况变得更加复杂。这种情况如下所示，其中信号从内部层路由到表面层（如红色箭头所示）。

在这里，信号与内部信号层和表层中的接地层保持紧密耦合。然而，在从内部到表面的过渡过程中，存在一个信号不耦合到任何东西的區(qū)域。您可(kě)以在两个地平面之间放置一个过孔，以在过渡期间创建返回路径（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(yǒu)返回路径，你会突然遇到两个问题。首先，返回路径将在最近的具有(yǒu)最低電(diàn)抗的接地元件中形成。这通常是一个旁路/去耦電(diàn)容器，但它也可(kě)以是连接到接地层的过孔。由于通孔强烈辐射到过渡區(qū)，这会导致電(diàn)路中产生非常大的环路電(diàn)感。

其次，较大的环路面积增加了对外部辐射 EMI 和互感串扰的敏感性。如果您在两个接地层之间有(yǒu)一条单独的隔离路径，只要您处理(lǐ)的是低電(diàn)平信号，您就不必担心 EMI 或串扰问题。如果您在一个區(qū)域内进行多(duō)个这样的转换，您可(kě)能(néng)需要在平面之间放置多(duō)个过孔，或者改进您的叠层和布線(xiàn)策略。

不要忘记你的路由策略

如果您在设计叠层之前為(wèi)每个信号网络设计正确的布線(xiàn)策略，则在表面和内部信号层之间转换时，您就无需通过多(duō)个平面布線(xiàn)。使用(yòng)自动布線(xiàn)器时要小(xiǎo)心；高质量的自动布線(xiàn)器将让您定义特定的层转换作為(wèi)布線(xiàn)策略的一部分(fēn)，理(lǐ)想情况下可(kě)以防止需要通过多(duō)个参考平面进行布線(xiàn)。

在设计BGA 扇出策略时，您需要考虑垂直布線(xiàn)和叠层之间的关系。对于低引脚数组件，引脚沿组件边缘排列成四行（见下图），一个简单的狗骨扇出策略就足够了，只需要穿过一个接地层。使用(yòng)更高引脚数的封装时，您可(kě)能(néng)别无选择，只能(néng)為(wèi)单个信号网络使用(yòng)两个或更多(duō)接地层。请務(wù)必查阅制造商(shāng)的数据表并保持正确接地以防止出现信号完整性问题。