高速電路PCB參考平面的切換

　　通常人們將傳輸線設(shè)計(jì)中的返回路徑都靠近信號(hào)路徑，而且信號(hào)源和負(fù)載都跨接在信號(hào)路徑和返回路徑之間，比如微帶線，信號(hào)源和接收器都跨接在導(dǎo)帶和“地”之間，用上面的理論解釋是很明了的。但是，在多層PCB結(jié)構(gòu)中，如圖1所示的結(jié)構(gòu)是很常見(jiàn)的，中間還懸空一個(gè)大的金屬平面，那么哪一個(gè)才是返回路徑呢？

　　圖1 多參考平面結(jié)溝

　　回路電流的分布總是趨于減小回路電感。對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)，返回路徑是沿電容→參考平面1（Ref1）→參考平面2（Ref2）流動(dòng)的。信號(hào)路徑上的電流在懸空的中間參考平面Ref1的上表面感應(yīng)出渦流，參考平面Ref2的返回電流叉在中間參考平面Ref1的下表面上感應(yīng)出渦流，這些感應(yīng)的渦流在參考平面Ref1的一側(cè)相聯(lián)通，這就構(gòu)成了一個(gè)完整的返回路徑，如圖2所示。

　　那么，從信號(hào)源一側(cè)看進(jìn)去，信號(hào)受到的瞬態(tài)阻抗為多少呢？信號(hào)受到的瞬態(tài)阻抗是兩條傳輸線瞬態(tài)阻抗的串聯(lián)。一條由微帶走線和中問(wèn)平面Refl組成，特性阻抗為Z01；另一條由兩個(gè)參考平面組成，特性阻抗為Z12。那么信號(hào)受到的瞬態(tài)阻抗為

　　因兩個(gè)寬的金屬平面組成的傳輸線的特性阻抗很小，所以信號(hào)受到的瞬態(tài)阻抗基本上就是微帶走線與之近的參考平面所構(gòu)成的傳輸線的特性阻抗，而與信號(hào)源返回端實(shí)際連接在哪個(gè)平面無(wú)關(guān)。同時(shí)，為了限度地排除金屬平面間阻抗的影響，要盡量減小平面間介質(zhì)的厚度。

　　圖2 多參考平面的返回電流路徑

　　在多層PCB中，為了完成復(fù)雜的布線，有時(shí)不得不使用過(guò)孔將信號(hào)走線從一層轉(zhuǎn)換到另一層，這時(shí)的返回電流路徑又是怎樣的昵？

　　如圖3所示為過(guò)孔穿過(guò)一層和兩層參考平面時(shí)的返回電流分布。對(duì)于過(guò)孔只穿過(guò)一層參考平面的情況，返回電流在參考平面的兩個(gè)表面間切換，不會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題。如果過(guò)孔不得已需要穿過(guò)兩層參考平面，而且兩個(gè)平面的直流電壓不同，則返回電流只能通過(guò)電容耦合從一個(gè)平面到另一個(gè)平面。

　　圖4 過(guò)孔布線的返回電流