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一、跨分割區(qū)域信號(hào)回流路徑問題的產(chǎn)生及影響

在復(fù)雜的 PCB 布局中，為了實(shí)現(xiàn)不同的功能模塊劃分或者滿足特定的設(shè)計(jì)需求（如電源分區(qū)、地線分區(qū)等），往往會(huì)將 PCB 板劃分為多個(gè)區(qū)域。當(dāng)信號(hào)需要跨越這些分割區(qū)域進(jìn)行傳輸時(shí)，就會(huì)面臨回流路徑的問題。如果回流路徑設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致以下一系列問題：

信號(hào)完整性受損 ：不連續(xù)或高阻抗的回流路徑會(huì)使信號(hào)回流受阻，產(chǎn)生反射、振蕩等現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)畸變，影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。例如在高速數(shù)字信號(hào)傳輸中，可能會(huì)出現(xiàn)上升沿或下降沿的畸變，增加信號(hào)的抖動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。

電磁干擾增加 ：不良的回流路徑會(huì)形成較大的環(huán)路面積，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，干擾周圍的電路和其他信號(hào)線。同時(shí)，也會(huì)使電路更容易受到外部電磁干擾的影響，降低整個(gè)電路的電磁兼容性（EMC）性能。

電源完整性問題 ：在跨分割區(qū)域的信號(hào)回流路徑中，如果電源和地的分布系統(tǒng)（PDN）設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)導(dǎo)致電源阻抗升高，電源電壓波動(dòng)增大，影響芯片的正常供電和工作，甚至可能引起芯片的損壞。

二、跨分割區(qū)域信號(hào)回流路徑設(shè)計(jì)的基本原則

（一）保持回流路徑的連續(xù)性

這是最基本也是最關(guān)鍵的原則。信號(hào)回流路徑應(yīng)盡可能地與信號(hào)線平行，并且在信號(hào)跨越分割區(qū)域時(shí)，要確?；亓髀窂侥軌蝽槙车剡^渡到另一側(cè)。避免出現(xiàn)回流路徑的斷裂、繞行或急劇轉(zhuǎn)折等情況，以減少回流路徑的阻抗和環(huán)路面積。

（二）降低回流路徑的阻抗

選擇低阻抗的材料和結(jié)構(gòu)來構(gòu)建回流路徑，如使用寬的地線、多層地平面等。同時(shí)，要盡量減少回流路徑中的過孔、縫隙等可能導(dǎo)致阻抗增加的因素。過孔的寄生電感和電阻會(huì)對(duì)回流路徑產(chǎn)生較大的影響，尤其是在高頻信號(hào)的情況下，應(yīng)盡量減少過孔的使用數(shù)量，并優(yōu)化過孔的設(shè)計(jì)，如采用盲孔或埋孔等技術(shù)來降低過孔的寄生效應(yīng)。

（三）優(yōu)化回流路徑的布局和布線

合理規(guī)劃信號(hào)線和回流路徑的布局，使信號(hào)線與回流路徑之間的距離盡可能近，以減小耦合電感和電容。在布線時(shí)，應(yīng)避免將回流路徑布置在靠近干擾源（如高頻開關(guān)電路、大電流電源線等）的地方，以免受到外部干擾的影響。同時(shí)，要注意不同信號(hào)線之間的相互影響，避免信號(hào)之間的串?dāng)_通過回流路徑進(jìn)行傳播。

三、跨分割區(qū)域信號(hào)回流路徑的具體設(shè)計(jì)方法

（一）利用地平面橋接

當(dāng)?shù)鼐€被分割成多個(gè)區(qū)域時(shí)，可以在分割區(qū)域之間放置地平面橋接（也稱為地線跨接）。地平面橋接通常由寬的地線段或多個(gè)平行的地線組成，跨越在分割區(qū)域的間隙之上，為信號(hào)提供一個(gè)低阻抗的回流通路。例如，在一個(gè)包含模擬地和數(shù)字地分割的 PCB 設(shè)計(jì)中，可以在兩者之間的分界處設(shè)置一個(gè)地平面橋接，其寬度應(yīng)根據(jù)信號(hào)的頻率和電流大小來確定，一般建議寬度不小于 2 - 3mm，并且要盡量靠近信號(hào)線跨越的位置。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低橋接的阻抗，可以在橋接處放置多個(gè)過孔將其連接到內(nèi)部的地平面層，形成一個(gè)三維的低阻抗回流路徑。

（二）采用共用地點(diǎn)連接

在某些情況下，可以通過設(shè)置共用地點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)跨分割區(qū)域的信號(hào)回流。共用地點(diǎn)通常選擇在電源入口、機(jī)箱接地位置或者電路的公共參考點(diǎn)等位置。將不同分割區(qū)域的地線在共用地點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)連接，這樣可以確保整個(gè)地系統(tǒng)的電位一致性，為信號(hào)回流提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電位。例如，在一個(gè)多板級(jí)聯(lián)的電子系統(tǒng)中，各個(gè) PCB 板的地線可以在機(jī)箱的接地匯流排處進(jìn)行共用地點(diǎn)連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的地線整合和信號(hào)回流的優(yōu)化。

（三）使用磁珠或電阻進(jìn)行隔離與回流引導(dǎo)

在信號(hào)跨越分割區(qū)域時(shí)，可以在信號(hào)線上串聯(lián)磁珠或電阻，同時(shí)在分割區(qū)域的地線之間放置相應(yīng)的磁珠或電阻進(jìn)行隔離和回流引導(dǎo)。這種方法可以有效地濾除信號(hào)線上的高頻噪聲，并且通過磁珠或電阻的阻抗匹配作用，引導(dǎo)信號(hào)回流按照預(yù)定的路徑返回。例如，在一個(gè)數(shù)字信號(hào)跨越模擬地和數(shù)字地分割區(qū)域的例子中，可以在數(shù)字信號(hào)線上串聯(lián)一個(gè) 10 - 100Ω 的磁珠，在模擬地和數(shù)字地之間的地線連接處也放置一個(gè)相同阻值的磁珠，這樣數(shù)字信號(hào)的回流就會(huì)優(yōu)先通過磁珠返回到數(shù)字地，而不會(huì)對(duì)模擬地造成干擾，同時(shí)也起到了隔離模擬地和數(shù)字地之間高頻噪聲的作用。

四、跨分割區(qū)域信號(hào)回流路徑的優(yōu)化策略

（一）仿真分析與優(yōu)化

在 PCB 設(shè)計(jì)階段，可以利用專業(yè)的電磁兼容（EMC）仿真軟件和信號(hào)完整性仿真工具，對(duì)跨分割區(qū)域的信號(hào)回流路徑進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析。通過建立精確的模型，模擬信號(hào)的傳輸特性、回流路徑的阻抗分布以及電磁場(chǎng)的分布情況，評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案對(duì)信號(hào)完整性和電磁干擾的影響。根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)回流路徑的布局、寬度、過孔數(shù)量和位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。例如，在仿真中發(fā)現(xiàn)某個(gè)回流路徑的阻抗較高，導(dǎo)致信號(hào)反射嚴(yán)重，可以通過增加地線寬度、減少過孔數(shù)量或者調(diào)整地線位置等方法來降低阻抗，優(yōu)化回流路徑。

（二）實(shí)際測(cè)試與驗(yàn)證

在完成 PCB 制作后，需要使用示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等測(cè)試設(shè)備對(duì)跨分割區(qū)域的信號(hào)回流路徑進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)證。通過測(cè)量信號(hào)的時(shí)域反射（TDR）、時(shí)域傳輸（TDT）、眼圖、電磁輻射等參數(shù)，評(píng)估信號(hào)回流路徑的實(shí)際性能。如果測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)存在偏差，需要根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析問題的原因，并對(duì) PCB 進(jìn)行相應(yīng)的修改和調(diào)整。例如，如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)電磁輻射超標(biāo)，可能是回流路徑的環(huán)路面積過大，可以通過縮小回流路徑的范圍、增加地線數(shù)量或者調(diào)整信號(hào)線和回流路徑的布局等方法來降低電磁輻射。