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标题: 电源板内电层的分割 [打印本页]

作者: yunqi 时间: 2013-8-2 10:11
标题: 电源板内电层的分割
板上电源非常多，有的核电源，电流都可以达到几A，将内电层的电源层分割后,信号线能不能跨过分割线,会对信号回流有影响吗?分割电源层具体的还要考虑哪些方面呢?

作者: 桃花岛主 时间: 2013-8-4 23:48
首先说平面层分割的坏处，平面层分割首先可能造成布线环路增大，另外，也可能其他几个信号环路重叠造成串扰等等，总之，平面层分割不当反而会起反作用；
再次，电源层分割要讲究技巧，分割数目尽量少，对于用到较少的比如核电源，可以在其他布线层走线，这样可以减少平面层分割；
最后，信号线跨分割，并不是说所有的线都不能夸分割，但电源线、强干扰线和敏感线等，绝对不要夸分割，特别是以微带线布线或装带状线布线的情形，这样后造成布线环路增大，降低EMC性能。

作者: mic29 时间: 2013-8-5 11:34
又在島主這邊學到東西，感謝！

我有一個想法拿出來請教一下
假設六層板中，第二三四五層分別是GND、SIGNAL、VCC、GND，是否只要兩層GND是連續平面，則VCC的分割就比較不重要，也就是說第三層信號線跨VCC分割就沒關係

除此之外，縫補電容（STITCHING CAP）也是處理跨分割的有效對策之一

以上兩種對策都有細節需要注意，必要時再討論

作者: stevenkay 时间: 2013-8-5 16:11

mic29 发表于 2013-8-5 11:34
又在島主這邊學到東西，感謝！

我有一個想法拿出來請教一下

我觉得即便两层GND是很好的连续平面，vcc平面的设计依然同等重要。对不同的信号线，如微带或者鳍线，暂态电流的回流路径取决于传输线的机构，而且在上升/下降时刻有所不同。

举个例子：strip line，信号下降沿，一部分瞬态电流从负载经signal回流至gnd（构成一个环路）,还有一部分经过signal trace与VCC平面的寄生电容放电，然后经过signal trace, gnd plane, decoupling capacitor再返回vcc平面。后者会受到VCC平面划分的影响了。

作者: 桃花岛主 时间: 2013-8-5 23:34

mic29 发表于 2013-8-5 11:34
又在島主這邊學到東西，感謝！

我有一個想法拿出來請教一下

TOP、GND、SIGNAL、VCC、GND、BOT这种层设置在六层板中是最优的层叠方式；
至于第四层VCC的分割，还要考虑下第三层布线有无阻抗控制，第三层布线可以认为是带状线，第三层布线有阻抗控制时，布线跨越VCC分割，就破坏了带状线模型，这个时候也是不可取的；
第三层布线未跨VCC有分割，此时也不影响第三层布线阻抗；
如果第三层布线无阻抗控制，有跨电源分割时，布线尽量靠近第二层GND。

作者: mic29 时间: 2013-8-7 17:25

stevenkay 发表于 2013-8-5 16:11
我觉得即便两层GND是很好的连续平面，vcc平面的设计依然同等重要。对不同的信号线，如微带或者鳍线，暂态 ...

這說法和我的認知不同，再請指教一下！

我想你的說法是若signal 与VCC平面的寄生电容放电，則完整電流路徑是signal -> VCC -> signal trace -> gnd -> decoupling capacitor -> vcc。
但我總覺得這條路徑不合常理，我覺得是單純的signal -> VCC -> decoupling capacitor -> GND

另外，SIGNAL同時對VCC與GND都存在寄生電容，而GND這條路徑是單純的signal -> GND
兩條路經相比即可知GND路徑阻抗遠遠小於VCC路徑，所以只有少部分的電流會耦合到VCC平面
當VCC平面為不連續時，路徑變長阻抗更是大幅提昇，耦合的電流就更少
所以我才說第二五層的GND若完整，則VCC平面是否分割就影響較小
但當然VCC不分割是絕對王道，不得不分割時，可用完整的GND平面與縫補電容補救
附圖最右下角的堆疊方式也有幫助，也就是島主最後說的方法

作者: stevenkay 时间: 2013-8-7 20:12

mic29 发表于 2013-8-7 17:25
這說法和我的認知不同，再請指教一下！

我想你的說法是若signal 与VCC平面的寄生电容放电，則完整電 ...

我的理解是，如果在下降沿寄生电容放电，那么电流需要从signal回到vcc（如图中绿线）。signal trace为了维持相对于vcc和gnd的电势必须有电荷的交换，所以图中黑色和绿色的两路电流都是必须的。在H->L瞬态，绿色电流为寄生电容Cs'充电，所以瞬态结束后signal相对vcc的电势差进一步增加；而黑色电流给Cs‘’反向充电的结果是signal trace相对于gnd电势差减小。

vcc平面的影响可以减小，如果分割线不干扰电流的路径的话。还有一个方法就是尽可能减小signal与vcc平面的寄生电容（比如采用offset strip line），从而减少在瞬态转移的电荷量即减小绿色代表的电流。

作者: mic29 时间: 2013-8-8 14:49
STEVEN實在很行，我還停留在靜態的觀念，而STEVEN已經將動態分析得這麼好了。

這就是島主說的帶狀線模型嗎？

看來結論果然還是最好不跨分割線，即使VCC也相同，感謝STEVEN！

作者: 桃花岛主 时间: 2014-2-9 21:40
   电流必须形成环路，这是放之四海而皆准的道理。空间、布线、平面层等等都可以作为信号的回路，信号通常选择阻抗最低的路径返回源头，从EMC角度来说，必须控制信号回流路径，使信号以最小的环路返回源头，避免信号回流流经不可预期的路径，从而产生电磁干扰。
      单板的内电层，如GND平面、电源平面都可以作为信号的回流平面，根据微带线和带状线原理，因为信号布线与参考平面之间紧密耦合的缘故，回返电流会在参考平面上布线的直接正下方（或正上）流动，此种情况具有环路面积小，环路阻抗低的特点，从而会提高产品EMC性能。
平面层分割是为了减小模块电路相互间的共模干扰，但是分割不当会破坏信号的回流路径、增大环路阻抗、引起信号间相互串扰等等，因此，对于具有众多核电源的电源平面分割时需讲究技巧，首先分割数量要尽量少，如对于用到较少的电源，可以采取在信号层布线、信号层IC下方覆铜等等，这样可以减少平面层分割。
   最后，对于电源平面分割而造成信号线跨分割不可避免时，并非所有的布线都不能跨分割，但电源线、强干扰线和敏感线等，要优先布线，绝对不要跨分割，而一些低频、低速或非敏感信号线，则可以适当的降低要求。

作者: gss1721 时间: 2014-2-10 19:09
好东东

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