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在多層板布線期間更改 PCB 參考平面
在多層板布線期間更改 PCB 參考平面
用于到達內部 PCB 層的帶有圓環的通孔
如果您是一名新設計師，并且您查看了常見電子產品中的一些電路板，您甚至可能不會意識到它們是多層電路板，除非您確切地知道該看哪里。事實是，更復雜的設備根本不允許將每條跡線都放置在表面層上，因此必須在內部層內路由信號以進行所需的連接。
對于涉及多個信號、電源和接地層的復雜電路板，您的布線策略對于確保信號完整性和與參考平面的緊密耦合至關重要。如果您在設計過程中使用了正確的布線工具并實施了正確的策略，您就不需要對重要的信號完整性問題進行困難的修復。
在層堆棧中的層之間路由
確保您的多層 PCB 按預期工作需要設計正確的層堆棧。您的層堆棧將對信號完整性產生重要影響，尤其是對電路板內的 EMI 及其對外部輻射 EMI 的敏感性。這也決定了電路板在制造后是否可以通過 EMC 檢查。
您的路由策略和層堆棧需要相互補充。正確的堆疊可以確保您的路由策略消除或最大限度地減少信號完整性問題。正確的起點是考慮相對于信號層的地平面布置。每個信號層都應直接與接地層相鄰放置。只要內部信號層中的走線連接到表面層上的元件，在表面信號層和內部信號層之間放置接地層就很重要。這確保了兩層中與 PCB 參考平面的緊密耦合。
在上述安排中，如果僅通過單個接地層路由信號，則可以避免許多信號問題。當信號通過過孔垂直穿過接地層時，它將保持耦合到接地層，其返回信號將在接地層中感應。這確保了整個路由的緊密耦合，并最大限度地減少了電路的環路電感。這也將來自走線的輻射 EMI 降低了約 10 dB。
相同的想法適用于通過電源平面上的過孔布線。盡管如此，將電源平面放置在其接地平面附近是個好主意。這最大限度地減少了環路電感，從而最大限度地減少了對 EMI 和接地層和電源層中感應的任何電流的敏感性。這也會增加平面之間的電容，為電源平面中的任何高頻傳導 EMI 提供低阻抗返回路徑。
通過多個 PCB 參考平面布線
通過層堆棧中的兩個或多個接地層布線時，接地情況變得更加復雜。這種情況如下所示，其中信號從內部層路由到表面層（如紅色箭頭所示）。
在這里，信號與內部信號層和表層中的接地層保持緊密耦合。然而，在從內部到表面的過渡過程中，存在一個信號不耦合到任何東西的區域。您可以在兩個地平面之間放置一個過孔，以在過渡期間創建返回路徑（參見下面的藍色箭頭）。
在 PCB 參考平面之間放置接地過孔
如果沒有返回路徑，你會突然遇到兩個問題。首先，返回路徑將在最近的具有最低電抗的接地元件中形成。這通常是一個旁路/去耦電容器，但它也可以是連接到接地層的過孔。由于通孔強烈輻射到過渡區，這會導致電路中產生非常大的環路電感。
其次，較大的環路面積增加了對外部輻射 EMI 和互感串擾的敏感性。如果您在兩個接地層之間有一條單獨的隔離路徑，只要您處理的是低電平信號，您就不必擔心 EMI 或串擾問題。如果您在一個區域內進行多個這樣的轉換，您可能需要在平面之間放置多個過孔，或者改進您的疊層和布線策略。
不要忘記你的路由策略
如果您在設計疊層之前為每個信號網絡設計正確的布線策略，則在表面和內部信號層之間轉換時，您就無需通過多個平面布線。使用自動布線器時要小心；高質量的自動布線器將讓您定義特定的層轉換作為布線策略的一部分，理想情況下可以防止需要通過多個參考平面進行布線。
在設計BGA 扇出策略時，您需要考慮垂直布線和疊層之間的關系。對于低引腳數組件，引腳沿組件邊緣排列成四行（見下圖），一個簡單的狗骨扇出策略就足夠了，只需要穿過一個接地層。使用更高引腳數的封裝時，您可能別無選擇，只能為單個信號網絡使用兩個或更多接地層。請務必查閱制造商的數據表并保持正確接地以防止出現信號完整性問題。
