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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(shè)計(jì)師，并且看了一眼常見電子產(chǎn)品中的某些板，您可能甚至不會(huì)意識(shí)到它們是多層板，除非您確切知道要看的位置。事實(shí)是，更復(fù)雜的設(shè)備根本不允許將每條跡線放置在表面層上，因此必須在內(nèi)部層內(nèi)路由信號(hào)以進(jìn)行所需的連接。
對(duì)于涉及多個(gè)信號(hào)，電源和接地層的復(fù)雜電路板，您的路由策略對(duì)于確保信號(hào)完整性和與參考平面的緊密耦合至關(guān)重要。如果在設(shè)計(jì)過程中使用正確的路由工具并實(shí)施正確的策略，則無需對(duì)重要的信號(hào)完整性問題進(jìn)行困難的修復(fù)。
層堆棧中各層之間的路由
要確保多層PCB能夠按預(yù)期工作，就需要設(shè)計(jì)正確的疊層。疊層將對(duì)信號(hào)完整性，特別是板內(nèi)的EMI及其對(duì)外部輻射EMI的敏感性產(chǎn)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(bǔ)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(hào)完整性問題。正確的起點(diǎn)是考慮信號(hào)層的接地平面布置。每個(gè)信號(hào)層應(yīng)直接放置在接地平面附近。只要將內(nèi)部信號(hào)層中的走線路由到表面層上的組件，就必須在表面信號(hào)層和內(nèi)部信號(hào)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(gè)接地層路由信號(hào)，則可以避免許多信號(hào)問題。當(dāng)信號(hào)通過通孔垂直穿過接地層時(shí)，它將保持耦合到接地平面，并且其返回信號(hào)將在接地平面中感應(yīng)。這樣可確保整個(gè)路徑之間緊密耦合，并最大程度地減小電路的環(huán)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(gè)好主意。這樣可以最大程度地減小環(huán)路電感，從而最大程度地降低對(duì)EMI的敏感性以及在接地層和電源層中感應(yīng)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(dǎo)EMI提供了低阻抗的返回路徑。
通過多個(gè)PCB參考平面布線
通過層堆棧中的兩個(gè)或多個(gè)接地層布線時(shí)，接地情況變得更加復(fù)雜。下面顯示了這種情況，其中信號(hào)從內(nèi)層路由到表層（如紅色箭頭所示）。
在此，信號(hào)保持與內(nèi)部信號(hào)層和表面層中的接地層的緊密耦合。但是，在從內(nèi)部到表面的過渡過程中，存在一個(gè)信號(hào)未耦合到任何區(qū)域的區(qū)域。您可以在兩個(gè)接地層之間放置一個(gè)過孔，以在過渡期間創(chuàng)建返回路徑（請參見下面的藍(lán)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(huì)突然遇到兩個(gè)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(gè)旁路/去耦電容器，但也可以是連接到接地層的過孔。當(dāng)過孔強(qiáng)烈輻射到過渡區(qū)域中時(shí)，這會(huì)在電路中引起很大的環(huán)路電感。
其次，較大的環(huán)路面積會(huì)增加對(duì)外部輻射EMI的敏感性以及通過互感引起的串?dāng)_。如果在兩個(gè)接地層之間只有一條隔離的路由，則只要使用低電平信號(hào)，就不必?fù)?dān)心EMI或串?dāng)_問題。如果在單個(gè)區(qū)域中進(jìn)行多個(gè)這些轉(zhuǎn)換，則可能需要在平面之間放置多個(gè)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(shè)計(jì)疊層之前為每個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)正確的布線策略，則可以消除在表面和內(nèi)部信號(hào)層之間轉(zhuǎn)換時(shí)通過多個(gè)平面進(jìn)行布線的需要。使用自動(dòng)布線器時(shí)要小心；高質(zhì)量的自動(dòng)布線器將使您可以將特定的層轉(zhuǎn)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(gè)參考平面進(jìn)行布線的情況。
在設(shè)計(jì)BGA扇出策略時(shí)，需要考慮垂直布線和堆疊之間關(guān)系的一個(gè)方面。對(duì)于低引腳數(shù)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(gè)接地層即可。當(dāng)使用更高引腳數(shù)的封裝時(shí)，您可能別無選擇，只能對(duì)單個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)使用兩個(gè)或多個(gè)接地層。確保查閱制造商的數(shù)據(jù)表并保持正確的接地，以防止信號(hào)完整性問題。
設(shè)計(jì)多層板并實(shí)施正確的策略可確保您的板保持無信號(hào)問題。Altium Designer包含您需要在單個(gè)界面中設(shè)計(jì)最佳多層板的層堆棧設(shè)計(jì)，布局和仿真功能。