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技术专题
在多(duō)层電(diàn)路板布線(xiàn)期间更改PCB参考平面
在多(duō)层電(diàn)路板布線(xiàn)期间更改PCB参考平面
如果您是一名新(xīn)设计师，并且看了一眼常见電(diàn)子产品中的某些板，您可(kě)能(néng)甚至不会意识到它们是多(duō)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線(xiàn)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(yòng)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(duō)层PCB能(néng)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(kě)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(kě)以确保您的路由策略将消除或最小(xiǎo)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線(xiàn)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(kě)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(kě)以避免许多(duō)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(kě)确保整个路径之间紧密耦合，并最大程度地减小(xiǎo)電(diàn)路的环路電(diàn)感。这也可(kě)将走線(xiàn)的辐射EMI降低约10 dB。
同样的想法适用(yòng)于跨電(diàn)源平面的过孔布線(xiàn)。虽然，将電(diàn)源平面放置在其接地平面附近是个好主意。这样可(kě)以最大程度地减小(xiǎo)环路電(diàn)感，从而最大程度地降低对EMI的敏感性以及在接地层和電(diàn)源层中感应出的任何電(diàn)流。这也增加了平面之间的電(diàn)容，為(wèi)電(diàn)源平面中的任何高频传导EMI提供了低阻抗的返回路径。
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。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區(qū)域的區(qū)域。您可(kě)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(yǒu)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電(diàn)抗形成返回路径。这通常是一个旁路/去耦電(diàn)容器，但也可(kě)以是连接到接地层的过孔。当过孔强烈辐射到过渡區(qū)域中时，这会在電(diàn)路中引起很(hěn)大的环路電(diàn)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(yǒu)一条隔离的路由，则只要使用(yòng)低電(diàn)平信号，就不必担心EMI或串扰问题。如果在单个區(qū)域中进行多(duō)个这些转换，则可(kě)能(néng)需要在平面之间放置多(duō)个过孔，或者改善堆叠和布線(xiàn)策略。
不要忘记您的路由策略
如果在设计叠层之前為(wèi)每个信号网络设计正确的布線(xiàn)策略，则可(kě)以消除在表面和内部信号层之间转换时通过多(duō)个平面进行布線(xiàn)的需要。使用(yòng)自动布線(xiàn)器时要小(xiǎo)心；高质量的自动布線(xiàn)器将使您可(kě)以将特定的层转换定义為(wèi)布線(xiàn)策略的一部分(fēn)，从而理(lǐ)想地避免了需要通过多(duō)个参考平面进行布線(xiàn)的情况。
在设计BGA扇出策略时，需要考虑垂直布線(xiàn)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(kě)。当使用(yòng)更高引脚数的封装时，您可(kě)能(néng)别无选择，只能(néng)对单个信号网络使用(yòng)两个或多(duō)个接地层。确保查阅制造商(shāng)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(duō)层板并实施正确的策略可(kě)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(duō)层板的层堆栈设计，布局和仿真功能(néng)。