高速信號系列（六）高速信號輻射影響因素之回流路徑

01、多層板高速信號回流路徑設(shè)計

采用多層板設(shè)計時，通常會為差分信號提供完整的參考平面。有時，會因為信號密度，成本控制因素，差分信號存在換層的情況，如果差分信號換層后回流路徑設(shè)計不當(dāng)，同樣會造成嚴重的輻射問題。

針對多層板高速信號回流路徑設(shè)計，建議遵循如下原則：

• 多層板設(shè)計時，差分信號兩側(cè)不做包地設(shè)計，但需保證每組差分信號之間，以及與其它信號布線間距保持3W設(shè)計原則，以鄰近層參考平面為回流路徑。

• 多層板設(shè)計時，差分信號布線由一個表層切換到另一個表層布線時，需關(guān)注回流路徑的切換且應(yīng)保障回流路徑的屬性不變。（即回流路徑在電源平面與地平面之間切換的情況應(yīng)給予避免）且需增加回流路徑換層伴隨過孔。

• 多層板設(shè)計時，差分信號應(yīng)保持在表層布線，避免由表層布線換層到內(nèi)層布線的情況，因為由微帶線變成帶狀線阻抗控制需要調(diào)整，阻抗調(diào)整則意味著阻抗不連續(xù)。

• 多層板設(shè)計時，差分信號鄰近參考回流層應(yīng)保持完整，避免跨分隔情況，否則會增大回流面積，導(dǎo)致嚴重的輻射問題。

• 多層板設(shè)計時，應(yīng)避免差分信號的多次換層，減少阻抗不連續(xù)的影響。

02、雙層板高速信號回流路徑設(shè)計

采用雙層板設(shè)計時，回流路徑有兩種設(shè)計方式，且兩種設(shè)計方式的優(yōu)劣，前文已經(jīng)做了深入的分析。不管是采用單層布線另一層提供完整參考平面的設(shè)計方式，還是采用信號包地線提供回流路徑的設(shè)計方式，其回流路徑低阻抗設(shè)計難度都較大，下面就分別針對兩種情況分別討論。

2.1、單層布線另一層提供完整參考平面的設(shè)計方式：

采用單層布線另一層提供完整參考平面的設(shè)計方式時，PCB設(shè)計注意事項如下：

• 差分信號兩側(cè)不做包地處理，不同組差分信號之間保持3W原則，與其它信號布線同樣需保持3W原則（或者增加地線隔離）。    

• 整個差分信號線跡鄰近層都保持參考平面的完整性，防止參考平面跨分隔回流路徑面積增大，從而導(dǎo)致嚴重的輻射問題。

2.2、采用信號包地線提供回流路徑的設(shè)計方式：

雙層板設(shè)計，差分信號回流路徑采用兩側(cè)包地線作為回流路徑的方式，在業(yè)界內(nèi)比較通用，PCB設(shè)計也相對靈活，隨之而來的是PCB設(shè)計問題也較多，PCB設(shè)計注意事項如下：

差分信號兩側(cè)包地線，在整個差分信號線跡長度內(nèi)需保持完整，防止差分信號回流路徑不完整，導(dǎo)致嚴重的輻射問題。

差分信號兩側(cè)包地線，需保持與參考地平面的等電位，防止因為地電位差產(chǎn)生共模電流，導(dǎo)致嚴重的輻射問題。

差分信號兩側(cè)包地線作為回流路徑，應(yīng)保持對稱設(shè)計（線寬、過孔、完整性），以達到回流路徑磁場對消的目的，改善輻射問題。

差分信號&兩側(cè)包地線相鄰層跨分隔時，應(yīng)盡量降低跨分隔的長度；當(dāng)跨分隔長度較長時應(yīng)分段跨分隔，避免兩側(cè)包地線應(yīng)跨分隔太長，無法與參考地平面等電位，產(chǎn)生共模電流，導(dǎo)致嚴重的輻射問題。

對于BGA封裝設(shè)計的芯片，部分芯片差分信號兩側(cè)的包地線可以直接連接芯片接地引腳，構(gòu)成完整的回流路徑；而部分芯片差分信號兩側(cè)的包地線在靠近芯片引腳處，需要換層到底層回流到芯片的參考地平面，此時需保障包地線過孔到的底層參考平面能夠低阻抗的回流到芯片參考地平面。

差分信號&兩側(cè)包地線相鄰層跨分隔時，跨分隔后兩側(cè)包地線回流到芯片參考地平面的路徑要保持低阻抗，且回流路徑面積最小化。