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計

采用多層板設計時，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計不當，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計，建議遵循如下原則：

• 多層板設計時，差分信號兩側不做包地設計，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設計原則，以鄰近層參考平面為回流路徑。

• 多層板設計時，差分信號布線由一個表層切換到另一個表層布線時，需關注回流路徑的切換且應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給予避免）且需增加回流路徑換層伴隨過孔。

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

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

• 多層板設計時，應避免差分信號的多次換層，減少阻抗不連續的影響。

02、雙層板高速信號回流路徑設計

采用雙層板設計時，回流路徑有兩種設計方式，且兩種設計方式的優劣，前文已經做了深入的分析。不管是采用單層布線另一層提供完整參考平面的設計方式，還是采用信號包地線提供回流路徑的設計方式，其回流路徑低阻抗設計難度都較大，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計方式：

采用單層布線另一層提供完整參考平面的設計方式時，PCB設計注意事項如下：

• 差分信號兩側不做包地處理，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計方式：

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

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

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

差分信號兩側包地線作為回流路徑，應保持對稱設計（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&兩側包地線相鄰層跨分隔時，應盡量降低跨分隔的長度；當跨分隔長度較長時應分段跨分隔，避免兩側包地線應跨分隔太長，無法與參考地平面等電位，產生共模電流，導致嚴重的輻射問題。

對于BGA封裝設計的芯片，部分芯片差分信號兩側的包地線可以直接連接芯片接地引腳，構成完整的回流路徑；而部分芯片差分信號兩側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&兩側包地線相鄰層跨分隔時，跨分隔后兩側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。