PCB中的信号都是阻抗线,是有参考的平面层。但是由于PCB设计过程中,电源平面的分割或地平面的分割会导致平面的不完整,所以信号走线的时候,它的参考平面就会出现从一个电源面跨接到另一个电源面的现象,通常称其为信号跨分割。跨分割现象如图所示。对于低速信号,跨分割可能没有什么关系,但是在高速数字信号系统中,高速信号以参考平面作为返回路径,即回流路径。当参考平面不完整的时候会出现如下影响:
➢ 导致走线的阻抗不连续;
➢ 容易使信号之间发生串扰;
➢ 引发信号之间的反射;
➢ 增大电流的环路面积、加大环路电感,使输出的波形容易振荡;
➢ 增加向空间的辐射干扰,同时容易受到空间磁场的影响;
➢ 加大与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;
高速信号和低速信号区别
高速信号、低速信号的区分取决于以下两个因素:
• 信号的有效频率F。
• 信号走线的有效长度U。
一般来说,信号的有效频率F约等于信号频率的5倍,信号走线的有效长度U=(0.35/F)/D,其中D是PCB上的走线延迟。在FR4的材质中,D约等于180,得出的结论就是,信号走线的长度小于有效长度1/6的,信号为低速信号;反之,信号为高速信号。
判定信号是高速信号还是低速信号的步骤:
(1)获取信号的有效频率与信号走线的长度。
(2)计算出信号走线的有效长度。
(3)比较信号长度与1/6有效长度的关系。
不管是高速信号还是低速信号,都不应该跨分割走线,跨分割会带来很多问题,如增大了电流环路面积,加大了环路电感,使输出的波形容易振荡;增加了向空间的辐射干扰,同时易受空间磁场的影响;加大了与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;环路电感上的高频压降构成共模辐射源,并通过外接电缆产生共模辐射;对于需要严格进行阻抗控制的高速信号而言,还会破坏平面的开槽微带线或带状线的走线,造成阻抗的不连续,引起严重的信号完整性问题,从而造成严重的 EMI干扰。地面上的开槽对信号的影响如图
对于因平面分割造成的开槽问题,在设计时要注意,需要严格控制走线阻抗的高速信号线,使其走线及回流路径严禁跨分割平面;当跨开槽走线不可避免时,应该进行桥接,在沿信号路径的方向将地平面连接起来,如图所示。
在PCB走线进行转角时,有多直角走线、45°角走线和圆角走线,如图5-15所示,45°角走线和圆角走线是最优的走线方式。