信号完整性B004：再谈走线的参考平面

易阳

        在《信号完整性B001：走线的参考平面在哪？》”一文中初步探讨了参考平面的含义。不论学术界还是工程界，使用参考平面这一概念的时候似乎都有一点随意，不是很严谨。有时可能强调的是平面作为参考路径的功能，有时强调的是PCB走线阻抗控制的功能。这种概念上的模糊也导致很多初学者的困惑。

        前文指出了如果两个平面和走线的间距近似相等（这种情况在十几层的板子上很常见）时，那么两个平面对于走线的重要性也近似一样。实际工程中我们还会碰到另一种情况，两个平面其中之一距离走线很近，另外一个距离走线很远，比如典型的6层板配置，中间的芯板（Core）厚度通常在1毫米以上。下图是一个6层板层叠示例，内层两个信号层InnerSignal1和InnerSignal2都属于这种情况，这时两个平面对内层走线的作用肯定是不同的。这时哪个是参考平面？

       

        先看平面上的返回电流，对于InnerSignal2来观察远离它的VCC平面上的返回电流有多少。下图是红色表示的是信号电流10mA，蓝色表示的就是VCC上的返回电流约1.2mA。远离InnerSignal2的VCC上的返回电流很少，有近90%的返回电流时从紧邻InnerSignal2的GND平面上返回的，GND平面对InnerSignal2影响远大于VCC平面。

       

        再看VCC平面对InnerSignal2层走线阻抗的影响。下图将有VCC平面和没有VCC平面两种情况下走线阻抗做了一个对比，即使拿掉VCC平面也没有对走线阻抗产生致命的影响，阻抗变化量不到1欧姆，变化率小于2%。从工程角度来讲可以近似认为InnerSignal2层走线参考平面就是和它最接近的GND平面。

       

       

       

        尽管可以这样近似，但关键是一定要清楚距离InnerSignal2层很远的那个VCC平面不是没有影响，只不过影响不大而已。任何时候不要把问题绝对化，这样对初学者有百害而无一利，如果总是追求非此即彼、非黑即白，很可能会走入死胡同。

        高速电路信号完整性设计中，很多问题都是这样，你要关注的不是“有”还是“没有”的问题，而是“多”和“少”的问题。这样在对付毫不讲情面的电路板的时候才能有足够的底牌，防止它耍脾气撂挑子，最大限度的掌控它。

        【关键词】信号完整性、高速电路设计、高速PCB设计、参考平面

        出处：于博士信号完整性研究网 www.sig007.com。