電源平面是否可以作為RF信號？資料下載

Q：四層板，層疊走TOP-GND-POWER-BOTTOM,做共面阻抗，參考第三層的話，剛好天線下面的第三層區(qū)域走的電源3V3，有影響嗎？還是天線參考必須要是GND嗎？ 首先電源平面肯定是能做參考平面的，常見的DDR的六層板，一般都用了電源層作為DDR信號的參考平面，這個設(shè)計過的基本都不會遲疑。我們要弄明白的問題就是電源平面是否可以作為RF信號，高速信號的參考平面？在這里就分享下這個問題的一些見解和思路。 第一，我們需要弄清楚什么是參考平面？ 首先很確定的它是一個平面，是一個完整的平面；以表層走線來說，走線和下面的平面層共同構(gòu)成了電磁波傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境。走線下面的平面到底是什么網(wǎng)絡(luò)屬性無所謂，VCC、GND、甚至是沒有網(wǎng)絡(luò)的孤立銅皮，都可以構(gòu)成這樣的電磁波傳輸環(huán)境，關(guān)鍵在于下面的平面是導(dǎo)體就行了。信號路徑是表層走線，所以下面的平面就是參考路徑。對于PCB上這一特殊結(jié)構(gòu)，參考路徑是以平面的形式出現(xiàn)的，所以也叫參考平面。從電流回路的角度來說，參考平面承載著信號的返回電流，所以也叫返回平面。下面的圖顯示了表層走線的場分布和電流分布。 以內(nèi)層走線來說，走線、上方平面、下方平面3者共同構(gòu)成了電磁波傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境，所以上下兩個平面都是信號的參考路徑，也就是參考平面，從下面的場分布圖中可以很清楚的看到物理環(huán)境和場分布的關(guān)系。從構(gòu)成電流回路的角度來看，下圖的電流分布圖也很清晰的顯示出返回電流的分布，如果兩個平面和走線之間的間距近似相等，那么兩個平面上的返回電流也近似相等，此時，兩個平面同樣重要。從這個角度也能很好的理解兩個平面都是參考平面。 我們知道信號傳輸線的兩個基本要素，信號路徑以及參考路徑，這里參考平面的作用應(yīng)該很清楚了：作為電磁波傳輸物理環(huán)境的一部分（從電磁波傳輸角度）、作為電流返回路徑（從電流回路角度）。簡單點(diǎn)說，參考平面兩個點(diǎn)：算阻抗和提供回流路徑。所以如果只是單純的滿足阻抗一致要求，無論是GND平面還是電源平面都是可以的。但是一般情況下，參考平面主要是作為電流返回的路徑。所以就有了下面的問題。 第二，信號是如何參考電源平面的？ 前面已經(jīng)分析過了，電源平面也是能作為參考平面算阻抗的，而下面將從電流返回路徑上分析。 如下圖一個四層板PCB信號通過過孔換層參考電源 信號源以地平面作為參考平面時，回流路徑當(dāng)然是地平面，當(dāng)高速信號在信號線上傳播時，在信號電流向前傳播的過程當(dāng)中，由于與參考平面之間存在容性耦合，所以當(dāng)發(fā)生dV/dt時，就會有電流經(jīng)耦合電容流向參考平面的現(xiàn)象，傳輸線正下方位置都會有瞬態(tài)電流流回到源端電路。 但如果信號的參考為電源平面，那么信號回流將首先流向電源層，然后再通過電源與地網(wǎng)絡(luò)之間的Cpg流向地網(wǎng)絡(luò)，最后再經(jīng)地層流向源端電路，最終形成一個完整的電流回路。我們都知道，控制好高速信號的回路阻抗非常關(guān)鍵，因為它直接影響到信號傳輸特性。 這里剛好涉及到三個知識點(diǎn)，可能大家平常沒有注意： 1，高速信號換層處需要加回流地過孔，這里其實就是增加了垂直方向的回流路徑，這個對于高速信號是非常有必要的。 2，高速信號換層后盡量還是同類型的參考平面，這點(diǎn)的好處其實在圖片中就可以看出來。 3，當(dāng)電源、地層之間存在足夠的去耦電容后，其交流阻抗極小，交流信號可以在任何一層上傳輸。換言之，對于交流信號而言，電源、地層是沒有區(qū)別的。 第三：高速信號能否參考電源層？ 和地平面一樣 電源平面也可以應(yīng)用在低阻抗的信號返回路徑 假如有足夠多的旁路電容 那么電源平面?zhèn)鬏敃偷仄矫嬉粯雍?在一個電源面和地平面或者兩個電源平面帶狀傳輸線也可以工作。但當(dāng)信號參考電源層布線時，回流路徑當(dāng)中對信號影響最大的就是Cpg電源與地網(wǎng)絡(luò)之間的容性通道。它可以是電源地網(wǎng)絡(luò)上分布復(fù)雜的退耦電容，也可能包含電源地層平面之間的平板電容，構(gòu)成非常復(fù)雜，在各個頻點(diǎn)所表現(xiàn)的阻抗特性都不一樣，難以量化與控制，所以這個假如很難成立。 即使離信號層近的是電源層,返回信號也會經(jīng)由電源層最終返回到地層,因為信號輸入時是以地為參考層的.但是如果去耦做得不好,電源層和地層之間的阻抗會很大,那么返回信號會受到很大的阻抗， 信號參考電源層會給信號質(zhì)量帶來影響，電源地層之間的阻抗會是影響的主要因素，信號頻率越高，帶來的影響會越明顯。當(dāng)然也不是所有信號都不能參考電源，具體多少頻率什么信號可以參考電源，要看實際PCB設(shè)計以及PDN網(wǎng)絡(luò)的實際情況，最好能利用仿真軟件進(jìn)行分析驗證。 為什么有些信號設(shè)計指定要求參考它本身的電源層？ 這是因為芯片內(nèi)部信號參考的是電源，那么在PCB上參考電源會比較好，但多數(shù)芯片設(shè)計中高速信號都是參考地，所以在很多高速信號的設(shè)計指導(dǎo)當(dāng)中都推薦參考地，雖然在高頻帶電源去耦電容顯低阻抗特性，電源與地表現(xiàn)為等電位，但由于去耦電容位置擺放的問題可能會增大信號的回流面積，從而影響信號質(zhì)量，所以對于多數(shù)高速信號，參考地位比較好的選擇。 建議：高速信號建議參考地平面，至少有一個完整的地平面；另外電源平面需要與地平面緊耦合，即緊緊的挨在一起。 第四：RF射頻信號能否參考電源層？ 其實用高速信號能否參考電源層的理論也可以解釋RF射頻信號能否參考電源層的問題，從返回路徑看，RF射頻信號更不適合參考電源層。電源層與地層之間阻抗和耦合不好就會對RF信號產(chǎn)生的影響很大。要知道，電源層非真正的地，從EMI角度也不推薦用電源平面做微帶線的地，信號返回地路徑可能變得很長，也有可能受到干擾。另外，電源、地平面均能用作參考平面，且有一定的屏蔽作用，但相對而言，電源平面具有較高的特征阻抗，與參考電平存在較大的電位勢差。從屏蔽的角度來看，地平面一般都做了接地處理，并作為基本電平參考點(diǎn)，其屏蔽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電源平面。 那對于RF的電源怎么處理了？RF電路的電源盡量不要采用平面分割，整塊的電源平面不但增加了電源平面對RF信號的輻射，而且也容易被RF信號的干擾。所以電源線或平面一般采用長條形狀，根據(jù)電流的大小進(jìn)行處理，在滿足電流能力的前提下盡可能粗，但是又不能無限制的增寬。在處理電源線的時候，一定要避免形成環(huán)路。電源線和地線的方向要與RF信號的方向保持平行但不能重疊，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。 本文轉(zhuǎn)載自：專治pcb疑難雜癥（作者： PCB楊老師） 免責(zé)聲明：本文為轉(zhuǎn)載文章，轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息，版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。 (mbbeetchina)