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在多層電路板布線期間更改PCB參考平面
在多層電路板布線期間更改PCB參考平面
如果您是一名新設計師，并且看了一眼常見電子產品中的某些板，您可能甚至不會意識到它們是多層板，除非您確切知道要看的位置。事實是，更復雜的設備根本不允許將每條跡線放置在表面層上，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，您的路由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。如果在設計過程中使用正確的路由工具并實施正確的策略，則無需對重要的信號完整性問題進行困難的修復。
層堆棧中各層之間的路由
要確保多層PCB能夠按預期工作，就需要設計正確的疊層。疊層將對信號完整性，特別是板內的EMI及其對外部輻射EMI的敏感性產生重要影響。這也確定了板在制造后是否可以通過EMC檢查。
您的路由策略和層堆棧將需要相互補充。正確的堆疊可以確保您的路由策略將消除或最小化信號完整性問題。正確的起點是考慮信號層的接地平面布置。每個信號層應直接放置在接地平面附近。只要將內部信號層中的走線路由到表面層上的組件，就必須在表面信號層和內部信號層之間放置接地層。這樣可確保在兩層中緊密耦合到PCB參考平面。
在上述布置中，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。當信號通過通孔垂直穿過接地層時，它將保持耦合到接地平面，并且其返回信號將在接地平面中感應。這樣可確保整個路徑之間緊密耦合，并最大程度地減小電路的環路電感。這也可將走線的輻射EMI降低約10 dB。
同樣的想法適用于跨電源平面的過孔布線。雖然，將電源平面放置在其接地平面附近是個好主意。這樣可以最大程度地減小環路電感，從而最大程度地降低對EMI的敏感性以及在接地層和電源層中感應出的任何電流。這也增加了平面之間的電容，為電源平面中的任何高頻傳導EMI提供了低阻抗的返回路徑。
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。下面顯示了這種情況，其中信號從內層路由到表層（如紅色箭頭所示）。
在此，信號保持與內部信號層和表面層中的接地層的緊密耦合。但是，在從內部到表面的過渡過程中，存在一個信號未耦合到任何區域的區域。您可以在兩個接地層之間放置一個過孔，以在過渡期間創建返回路徑（請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，您會突然遇到兩個問題。首先，將在最近的接地元件中以最低的電抗形成返回路徑。這通常是一個旁路/去耦電容器，但也可以是連接到接地層的過孔。當過孔強烈輻射到過渡區域中時，這會在電路中引起很大的環路電感。
其次，較大的環路面積會增加對外部輻射EMI的敏感性以及通過互感引起的串擾。如果在兩個接地層之間只有一條隔離的路由，則只要使用低電平信號，就不必擔心EMI或串擾問題。如果在單個區域中進行多個這些轉換，則可能需要在平面之間放置多個過孔，或者改善堆疊和布線策略。
不要忘記您的路由策略
如果在設計疊層之前為每個信號網絡設計正確的布線策略，則可以消除在表面和內部信號層之間轉換時通過多個平面進行布線的需要。使用自動布線器時要小心；高質量的自動布線器將使您可以將特定的層轉換定義為布線策略的一部分，從而理想地避免了需要通過多個參考平面進行布線的情況。
在設計BGA扇出策略時，需要考慮垂直布線和堆疊之間關系的一個方面。對于低引腳數的組件，將引腳沿著組件的邊緣排列成四行（請參見下圖），簡單的狗骨頭扇出策略就足夠了，并且只需要穿過單個接地層即可。當使用更高引腳數的封裝時，您可能別無選擇，只能對單個信號網絡使用兩個或多個接地層。確保查閱制造商的數據表并保持正確的接地，以防止信號完整性問題。
設計多層板并實施正確的策略可確保您的板保持無信號問題。Altium Designer包含您需要在單個界面中設計最佳多層板的層堆棧設計，布局和仿真功能。