多層電路板布線時改變PCB參考平面

如果您是一名新設計師，并且看過一些常見電子產品中的電路板，您可能甚至不知道它們是多層電路板，除非您確切地知道在哪里看。 事實上，更復雜的設備根本不允許將每條走線放置在表面層上，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、電源和接地平面的復雜電路板，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。 如果使用正確的布線工具并在設計過程中實施正確的策略，則無需對重要的信號完整性問題進行艱難的修復。

層堆棧中各層之間的路由

為確保多層PCB能夠按預期工作，需要設計正確的疊層。 層壓會對信號完整性產生重要影響，尤其是電路板中的 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能否通過EMC檢查。

您的路由策略和層堆棧需要相互補充。 正確的堆疊可確保您的路由策略將消除或最大限度地減少信號完整性問題。 正確的出發點是考慮信號層的接地平面布局。 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布線布線到表層的元器件上，就必須在表層信號層和內部信號層之間放置地平面。 這確保了與兩層中的 PCB 參考平面的緊密耦合。

在上述布置中，如果僅通過單個地平面路由信號，則可以避免許多信號問題。 當信號通過通孔垂直穿過地平面時，將保持與地平面的耦合，其返回信號將在地平面中被檢測到。 這確保了整個路徑之間的緊密耦合，并最大限度地減少了電路的環路電感。 這也將布線的輻射 EMI 降低了大約 10 dB。

同樣的想法也適用于穿過電源層的過孔布線。 不過，將電源層放置在其接地層附近是個好主意。 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 的敏感性以及接地層和電源層中感應的任何電流。 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 板的參考平面布線

當在疊層中通過兩個或多個地平面布線時，接地情況變得更加復雜。 這種情況如下圖所示，其中信號從內層路由到表層（如紅色箭頭所示）。

在這里，信號在內部信號層和表面層中與地平面保持緊密耦合。 然而，在從內部到表面的過渡過程中，存在信號未耦合到任何區域的區域。 您可以在兩個地平面之間放置一個過孔，以在轉換期間創建返回路徑。

如果沒有返回路徑，你會突然遇到兩個問題。 首先，將在最近的接地元件中形成具有最低電抗的返回路徑。 這通常是旁路/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時，這將在電路中引起較大的環路電感。

其次，環路面積大會增加對外部輻射EMI和互感引起的串擾的敏感度。 如果兩個地平面之間只有一條隔離走線，只要采用低電平信號，就不必擔心EMI或串擾問題。 如果您在單個區域進行多次此類轉換，則可能需要在平面之間放置多個過孔，或改進堆疊和布線策略。

不要忘記你的路由策略

如果在設計堆棧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切換時就無需通過多個平面進行布線。 使用自動布線器時要小心； 高質量的自動布線器將使您能夠將特定層轉換定義為布線策略的一部分，理想情況下避免需要通過多個參考平面進行布線。

在設計BGA扇出策略時，需要考慮垂直布線與堆疊關系的一個方面。 對于引腳數量較少的元件，將引腳沿元件邊緣排列成四行（見下圖）。 一個簡單的狗骨扇出策略就足夠了，只需要穿過一個地平面。 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的接地，以防止出現信號完整性問題。 設計多層板并實施正確的策略可確保您的電路板保持無信號。 PCB加工及PCB組裝加工廠講解多層PCB布線時如何改變PCB參考平面。