高速PCB板设计技术四

1.3 设计板面应考虑电源分配

下面的几条原则有助于发挥电源平面的优点，避免缺点：

1.3.1 当心电源层割缝

电源平面上的断点(cuts)往往出现在割缝处和过孔上。它们是连接板的对边、连接元件与板子连接器的电路中必要的部分。它们经常被很多小缺口（gaps）所围绕，这些小缺口位于电源层，它们被腐蚀用以防信号线短路的。如果过孔离得太近，腐蚀的线又太粗，它们就会连在一起，形成一个回路上的阻碍。断点可能发生在背板连接器（connectors）及设备插槽中（device sockets） （图 12） 。

图 12 信号通过过孔返回的公共路径

例如，断点可能发生在 VME 背板的连接器上。104脚的连接器具有可能会阻碍信号回路的过孔。所有的信号不得不通过板子的边缘才能形成回路。这样不仅回路的尺寸变大，而且边缘部分被所有的信号共用，会产生串扰。

1.3.1.1 地线电缆的有效性

图 13 电缆的接法

我们现在讨论的回路尺寸问题同样适用于脱离板面的电缆。每个信号都需要有一对电线：一条用于传输信号，一条用于传输返回信号。这两条线应该尽量贴近以减小回路尺寸。图 13a 和图 13b 示范了不正确的结构， 而图 13c则是正确的结构。

1.3.1.2 分离模拟电源平面与数据电源平面

高速模拟系统对数字噪声是很敏感的。比如，放大器可以将跳变噪声放大，几乎像一个尖峰脉冲 （spike） 。 在既具有模拟与数字两种功能的板子上， 一般这两种电源是需要分开的；两个平面在电源上叠放在一起。对于同时使用两种（模拟和数字）信号的板子来说，这种方法会导致一些问题（比如 DAC 和电压比较器） 。信号线必须跨过平面边界。这些边界迫使回路在回到驱动之前,先回到电源。

在信号交叉的接地平面放置跳线可以很好的解决问题（图 14） 。Jumper在断点处为返回信号提供了桥梁；也使得回路的尺寸减小。

图 14 处理在信号交叉的接地平面的方法

1.3.1.3 避免重叠分离的板平面

当我们使用分离的电源平面的时候，不要将数字电路的电源平面与模拟电路的电源平面重叠。 将数字电路的电源平面与模拟电路的电源平面分开的目的是将数字电路与模拟电路分开。如果PCB板平面交叠，电路就会有交叠的可能，会损害电路的分离性。

为了保证分离性，一块板子，分离的平面（planes）之间切开。检查板子新暴露在外面的边缘部分。应该看不到任何金属部分，除非因为有特意留出的跨边界的电路或者连接。

1.3.1.4 隔开敏感元件  

有些设备， 比如锁相电路，对噪声非常敏感。它们需要更高级别的隔离。在电源平面上沿设备周围腐蚀出马蹄形可以达到很好的隔离效果 （图 15）所有进出该设备的信号都由马蹄形一端的窄小通路传输。电源平面上电流噪声将会绕过马蹄形地带，不会靠近敏感元件。

使用这个技术的时候，要保证其他所有信号都绕开了隔离的部分。否则，这些线路会产生本项技术原本希望避免的噪声。

1.3.1.5 隔开敏感元件将电源总线靠近信号线

有时候，设计者不得不使用双层板，不能使用电源平面而要用电源总线。即使如此，将电源总线靠近信号线也同样能够减小回路的尺寸。 地线总线应该跟随着板子另一面的最敏感的那条信号线（图 16） 。这样，这条信号线的回路尺寸和使用电源平面的信号线回路尺寸是一样的。

图 16  用 Bus电源系统优化的信号回路路径示意图