走線的參考平面在哪？

2017-05-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

很多人對于PCB走線的參考平面感到迷惑,經常有人問:對于內層走線,如果走線一側是VCC,另一側是GND,那么哪個是參考平面?

要弄清楚這個問題,必須對了解傳輸線的概念。我們知道,必須使用傳輸線來分析PCB上的信號傳輸,才能解釋高速電路中出現的各種現象。最簡單的傳輸線包括兩個基本要素:信號路徑、參考路徑(也稱為返回路徑)。信號在傳輸線上是以電磁波的形式傳輸的,傳輸線的兩個基本要素構成了電磁波傳輸的物理環境。從電磁波傳輸的角度來講,信號路徑和參考路徑一道構成了一個特殊物理結構,電磁波在這個結構中傳輸。從電流回路角度來講,信號路徑承載信號電流,參考路徑承載返回電流,因此參考路徑也稱為返回路徑。

對于PCB上的表層走線,走線和下面的平面層共同構成了電磁波傳輸的物理環境。這里,走線下面的平面到底是什么網絡屬性無所謂,VCC、GND、甚至是沒有網絡的孤立銅皮,都可以構成這樣的電磁波傳輸環境,關鍵在于下面的平面是導體,這就夠了。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上這一特殊結構,參考路徑是以平面的形式出現的,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。這里參考平面的作用應該很清楚了:作為電磁波傳輸物理環境的一部分(從電磁波傳輸角度)、作為電流返回路徑(從電流回路角度)。

如果搞懂了上面的邏輯,那么內層走線的參考平面在哪就很清楚了,走線、上方平面、下方平面3者共同構成了電磁波傳輸的物理環境,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境和場分布的關系。從構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。如果還是無法理解為什么兩個平面都是參考平面,不防好好看看下面的這個圖,無論從哪個方面來看,兩個平面是完全對稱的,為什么還糾結哪個是參考平面,如果一個是,那么另一個為什么不是?