高速PCB镜像层设计教程.docx

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1、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯精品料推荐⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯摘要：在高速多层PCB上，镜像层在噪声控制方面起着重要作用。良好的镜像层设计可以降低杂散电感引起的噪声，有助于控制串扰、反射和电磁干扰。本文结合作者的实际设计重点探讨了局部接地层的应用，并通过一个数模混合电路实例给出了一种镜像层分割法以及一些实践中需要注意的问题。现在的高速电路系统大多采用多层板，而且许多电路系统有多种工作电源，这就对镜像层设计尤其是如何处理多个电源(地)层之间的关系提出了严格的要求。另外，有些系统也需要在器件层设计特殊的敷铜平面以抑制振荡器产生的RF能量以及为大功率电

2、源器件提供良好的散热。一、镜像层的作用镜像层是PCB内部临近信号层的一层敷铜平面(电源层、接地层)，主要有以下作用：1.降低回流噪声和电磁干扰(EMI)。镜像层可以为信号回流提供低阻抗路径，尤其在电源分布系统中有大电流流动时，镜像层的作用更加明显。另外，镜像层的存在减少了信号和回流形成的闭合环的面积，降低了EMI。2.有助于控制高速数字电路中信号走线之间的串扰问题。串扰由比率D／H决定，D为干扰源与受扰对象之间的距离，H为信号线距镜像层的高度，通过改变H，可以控制比率D／H，就可以控制信号线问的串扰问题。3.有利于阻抗控制。印制导线的特性阻抗与导线的宽度和导线距镜像层的高度有关

3、。如果没有镜像层，我们很可能无法控制阻抗，从而无法匹配传输线，导致信号的反射。另外，镜像层还可以控制辐射向板外的噪声。当然，光有镜像层是不足以起到这些作用的，必须辅以严格的设计规则才能达到预期目标。我们可以这样描述：在高速数字电路中，为了控制噪声镜像层是必须的，但光有镜像层还是不够的。二、信号回流的层间跳转多层PCB中，每个布线层都应该和一个镜像层相邻，信号的返回电流在其对应的镜像层上流动。当从源到负载的信号线无法在一个布线层走通时，通常采取的做法是先使信号线连接到一个布线层(例如x轴)，然后再利用通孔将这条信号线连接到另一层(例如Y轴)。那么，当信号线从一层跳到另一层时，返回

4、电流也应该跟随着线路从一层跳转到另一层。如果这两个层都是地层，返回电流可以经连接两个层的通孔或器件的接地管脚实现跳转。如果一个是电源层另一个是地层，则返回电流在这两个层之间跳转的唯一机会就是放置去耦电容的位置。假若跳转点附近没有去耦电容或者连接地层的通孔，返回电流就必须绕到远处实现跳转，结果使得返回电流耦合到其他电路，引起串扰和电磁干扰问题。所以PCB设计时，应尽量使层间跳转在临近器件的接地管脚或者去耦电容附近进行，如果无法做到这一点，可以通过在跳转点附近放置地通孔(返回电流在两地层跳转)或者旁路电容(电源层和地层之间跳转)来实现返回电流的跳转。三．镜像层的分割使用多层PCB的

5、结构时，有时需要在镜像层上产生一定宽度的无铜片区域()将一个完整的镜像层隔裂为相互独立的几部分，这就是镜像层分割。镜像层分割一般用于防止噪1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯精品料推荐⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯声进入敏感电路以及不同参考电压之间的隔离，例如阻止数字噪声进入模拟部分、音频部分、I／O区域，5V与3.3V电源电压的隔离。镜像层分割有完全分割和不完全分割两种，完全分割指的是分割后的电源层之间、地层之间完全隔绝，不完全分割是指电源层之间完全隔绝而地层通过“桥”相连。对镜像层采取完全分割或不完全分割取决于这些被分隔的平面间是否有信号相连。3.1镜像

6、层分割实例图1是某测试平台中涉及的数模混合电路部分的镜像层设计。视频模拟输入经过AD变换后传送给FPGA处理，然后作DA变换输出，AD和DA部分使用独立的电源器件供电。在这个板卡上大部分都是数字器件，模拟器件仅占小部分。但是它们都是比较关键的部分，如果它们的正常工作受到影响将对整个系统的性能造成极大的破坏作用，因此对这些部分的处理是非常关键的。我们希望数字部分的噪声不会进入模拟部分，但是AD和DA转换器都有信号连到数字部分的FPGA上，为了不影响这些相连信号的回流，我们将数字电源和模拟电源完全隔绝，而数字地和模拟地采取不完全分割，使数字部分对模拟部分的影响降到最低。所有由数字部

7、分到模拟部分的线路都必须经过桥，桥的开口大小应该刚好满足所需导线通过的要求，这样数据信号的回流就可以通过桥直接返回，避免了绕圈寻求返回路径而造成对其它信号的干扰。此平台的PCB设计中．AD部分和DA部分的地也是隔离的。参考资料[2]给出了镜像层完全分割的实例。3.2像层分割应注意的几个问题3.2.1隔离层重叠多层PCB中，通常会通过镜像层分割来隔离不同的电源。一般情况下，与这些电源相对比的地层也是相互隔离的，即每个电源都有自己独立的参考层。PCB设计时必须保证不发生隔离层重叠的情况。举个例子