高速PCB板设计技术三

1.2 电源分配网络作为信号回路

电源网络一个令人吃惊的功能就是它可以为系统所有的信号提供一个回路，无论信号是否在板内产生。这样的设计可以削弱很多高速噪声问题的产生。

1.2.1 自然的信号返回线路

高速系统设计最重要的部分之一就是在信号跳变时产生的能量。 每次信号跳变时都会产生 AC 电流。电流需要一个闭合回路。如图 9a，9b所示，回路可以由 VCC 提供或者地线提供。回路由图 9c表示。

图 9 电流闭合回路的几个方法

板子上信号电流回路：a)通过 Vcc  b)通过地 c)等效 AC 路径

电流环路产生电感，可以将其看作一个单圈电感。它会增强振铃，串扰和辐射。电流环路电感及其带来的问题随着环路的大小增大而增大。 为减小这些问题， 需要减小环路的尺寸。 

AC 返回信号可以取路于整个板面，但是实际上会取最小阻抗的路线。阻抗包括电感和电容。金属的阻抗很小；所以阻抗主要来自于电感。由于阻抗随着电感的增大而增大，阻抗最小的路线也就是电感最小的路线。

如果信号线由 A 到B 随机挑选路径，自然回路不一定是一条直线，尽管它可能被认为具有最小的阻抗。如图 10 所示，将一条信号线及其回路分开，则其相应的电感也会增大。若希望路线具有最小阻抗，则需要将信号返回线靠近信号线。如果可能，将返回线尽量靠近信号线，可以得到最小的环路。在多层板中，“尽量靠近”通常表示信号路线正上方或正下方的地线平面或者 Vcc 平面。在双层板中，则意味着最近的地线或者 Vcc 线路。

图 10 当信号与回路断开导致电感增加

1.2.2 总线vs 信号回路平面

图 2a 表示一个电源总线有着固定的线路。信号回路必须跟从这条线路，无论是否是最佳的路线。除非信号线是有意靠近电源总线布置而且已经是最小环路尺寸，否则这条信号线很可能是一条很长的线路。如果板子使用了未加精心布置的电源分配总线，就可能产生相当大的噪声。 

图 11 电源平面的断缝将导致回路尺寸的增加

电源平面并没有对电流施加天然的限制。于是返回信号可以取道最小阻抗的线路，也就是距离信号线最近的线路。这也就会产生最小的电流回路，这正是高速系统需要的解决方案。

尽管电源平面方案比总线方案更优，但是设计者的失误仍然可能使得这些优越性丧失。自然线路上的任何一个断点都会使得电流绕道而行，从而加大环路的尺寸 （图 11） 。所以请小心地线平面和电源平面上的断点。