高速信号系列(六)高速信号辐射影响因素之回流路径

01、多层板高速信号回流路径设计

采用多层板设计时,通常会为差分信号提供完整的参考平面。有时,会因为信号密度,成本控制因素,差分信号存在换层的情况,如果差分信号换层后回流路径设计不当,同样会造成严重的辐射问题。针对多层板高速信号回流路径设计,建议遵循如下原则:

  • 多层板设计时,差分信号两侧不做包地设计,但需保证每组差分信号之间,以及与其它信号布线间距保持3W设计原则,以邻近层参考平面为回流路径。
  • 多层板设计时,差分信号布线由一个表层切换到另一个表层布线时,需关注回流路径的切换且应保障回流路径的属性不变。(即回流路径在电源平面与地平面之间切换的情况应给予避免)且需增加回流路径换层伴随过孔。
  • 多层板设计时,差分信号应保持在表层布线,避免由表层布线换层到内层布线的情况,因为由微带线变成带状线阻抗控制需要调整,阻抗调整则意味着阻抗不连续。
  • 多层板设计时,差分信号邻近参考回流层应保持完整,避免跨分隔情况,否则会增大回流面积,导致严重的辐射问题。
  • 多层板设计时,应避免差分信号的多次换层,减少阻抗不连续的影响。

02、双层板高速信号回流路径设计

采用双层板设计时,回流路径有两种设计方式,且两种设计方式的优劣,前文已经做了深入的分析。不管是采用单层布线另一层提供完整参考平面的设计方式,还是采用信号包地线提供回流路径的设计方式,其回流路径低阻抗设计难度都较大,下面就分别针对两种情况分别讨论。

2.1、单层布线另一层提供完整参考平面的设计方式:

采用单层布线另一层提供完整参考平面的设计方式时,PCB设计注意事项如下:

  • 差分信号两侧不做包地处理,不同组差分信号之间保持3W原则,与其它信号布线同样需保持3W原则(或者增加地线隔离)。    
  • 整个差分信号线迹邻近层都保持参考平面的完整性,防止参考平面跨分隔回流路径面积增大,从而导致严重的辐射问题。

2.2、采用信号包地线提供回流路径的设计方式:

双层板设计,差分信号回流路径采用两侧包地线作为回流路径的方式,在业界内比较通用,PCB设计也相对灵活,随之而来的是PCB设计问题也较多,PCB设计注意事项如下:差分信号两侧包地线,在整个差分信号线迹长度内需保持完整,防止差分信号回流路径不完整,导致严重的辐射问题。差分信号两侧包地线,需保持与参考地平面的等电位,防止因为地电位差产生共模电流,导致严重的辐射问题。差分信号两侧包地线作为回流路径,应保持对称设计(线宽、过孔、完整性),以达到回流路径磁场对消的目的,改善辐射问题。

差分信号&两侧包地线相邻层跨分隔时,应尽量降低跨分隔的长度;当跨分隔长度较长时应分段跨分隔,避免两侧包地线应跨分隔太长,无法与参考地平面等电位,产生共模电流,导致严重的辐射问题。对于BGA封装设计的芯片,部分芯片差分信号两侧的包地线可以直接连接芯片接地引脚,构成完整的回流路径;而部分芯片差分信号两侧的包地线在靠近芯片引脚处,需要换层到底层回流到芯片的参考地平面,此时需保障包地线过孔到的底层参考平面能够低阻抗的回流到芯片参考地平面。差分信号&两侧包地线相邻层跨分隔时,跨分隔后两侧包地线回流到芯片参考地平面的路径要保持低阻抗,且回流路径面积最小化。

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