在PCB中需要有一個設計良好的參考平面以獲得返回路徑，這是電路板總體設計中的關鍵階段。但是，如果在設計返回路徑時未加註意，則電路板的效能可能會受到影響。

文章將研究PCB中的返回路徑如何工作，以及提供一些在設計中成功建立參考平面的技巧。

什麼是參考平面

儘管通常將印製電路板的走線稱為傳導訊號，但實際上，是走線與訊號的返回路徑協同工作以傳導電壓和電流。

這兩個成對的導體產生訊號的電場和磁場，該訊號穿過導體之間的空間傳播，該空間是分隔走線和返回路徑的介電層。

就像人們穿過走廊而不是穿過構成走廊的牆壁一樣，訊號的能量也會穿過痕跡之間的空間而不是痕跡本身。

訊號將使用在其自己的頻率上可以找到的最接近和最簡單的路徑作為返回路徑。在印製電路板上，它們可能是導線、遮蔽、走線或金屬平面。

無論訊號能夠找到的最低阻抗路徑如何，它都將用作返回路徑。當電路板以較慢的訊號速度執行時，返回訊號能夠在更多地方徘徊，以便找到一條最方便的路徑。

但是，隨著電路板上訊號速度的提高，提供清晰的返回路徑變得越來越重要，這樣才能使訊號具有不間斷的環路供電流流入。

電路板上訊號最理想的返回路徑是大面積的金屬或平面層，該金屬層將成為參考平面。通常，這將是一個接地平面，並且需要在訊號走線的相鄰層上，並在它們之間有一層電介質。

有了明確定義的走線和參考平面，訊號的能量將被包含，不會溢位平面到達電路板堆疊中的下一層。這有助於防止訊號的能量干擾該區域中的其他訊號。

但是，如果未正確完成走線和參考平面的配對，則可能會導致PCB效能出現問題。

如果沒有參考平面

正如上面提到的，較早的電路及較慢的訊號速度對返回路徑的要求並沒有今天的高速電路高。那些慢板上的配電網路（PDN）通常只是為了設計者方便，而不是為了讓訊號清晰的返回設計的。

但是，在當今的高速電路中，缺少良好的訊號返回路徑可能會導致電路板中產生大量噪聲。這種噪音會產生錯誤的訊號，從而干擾電路的正常執行。缺少直接返回路徑也會在該路徑中引入阻抗，並在接地層上產生電壓降，導致接地反彈。

訊號返回將耦合到它們所能找到的任何位置，如果沒有好的參考平面，則該能量甚至可能與其他跡線耦合。這被稱為共模能量，它可能在意料之外的地方產生天線，並可能產生額外的噪聲。參考平面還旨在包含在軌跡周圍生成的訊號能量場。

如果沒有足夠的參考平面靠近走線上的訊號，那麼這些能量場可能會擴充套件到電路板的其餘部分，或者擴充套件到其他裝置上。

為清晰的訊號路徑正確設計參考平面非常重要。接下來將介紹一些正確設計參考平面的技巧。

設計參考平面

為了設計具有良好訊號完整性的印製電路板，需要從電路板層的材料和配置開始的許多工程入手。當然，並不用研究所有的細節，只需要注意有效最佳化參考平面的PCB設計基礎知識即可。

將佈線訊號儘可能保持在一層上：

傳輸線成功布線取決於將跡線與參考平面耦合以獲得良好的訊號返回。最好的方法是將走線佈線保持在一層上，並使參考平面緊鄰該層。

但是，這在PCB設計中不是很實際，通常需要更改層以進行所有的佈線。更改層時，可以嘗試轉到與同一平面相鄰的下一層。

這樣，的返回路徑可以在同一參考平面上連續不斷。但是，如果必須在層堆疊中進一步移動走線，應該使用一個接地傳輸。

不要在分離平面上佈設傳輸線：

分割用作參考平面的接地平面將切斷正在透過該區域的所有訊號的返回路徑。由於訊號必須尋找其他路徑才能返回，因此有可能在電路板上產生大量噪聲。

這些訊號返回可能會跳到其他訊號軌跡，並在這些線上產生很多共模能量。因此，最好不要分割接地層。

但是，如果必須拆分地平面，應該確保不要在拆分上方佈線。在許多情況下，仍然需要在一個點將兩個分開的接地平面連線在一起。應該在這個位置上，嘗試傳輸需要跨越拆分的訊號。

同時進行了電源和接地分配的平面層將無法提供有效的訊號返回方式。另一個潛在的問題是插槽、斷路或叢集通道，它們可能在參考平面上對返回路徑設定障礙。

模擬、數字部分和訊號接地應相互隔離

這些部分可能會因它們產生的噪聲而相互影響，因此應將它們分開，並且它們的訊號返回不應共享同一參考平面。最好在可能的情況下將隔離平面用於電路的不同區域。

走線越短越好

儘管出於時序原因，某些高速走線確實需要增加長度，但最好讓走線儘可能短。這為訊號提供了最直接的路徑，並提供了清晰的返回路徑。跡線越短，出現的問題就越少。

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