關(guān)于參考平面的問題經(jīng)常讓人困惑，電源平面能不能做參考平面,？關(guān)于這個(gè)問題,，答案是肯定的。首先,，電源平面是可以作為參考平面的,，常見的6層板一般都采用電源層作為DDR信號(hào)的參考平面，這種設(shè)計(jì)基本都不會(huì)遲疑,。我們要弄清的就是電源平面是否可以作為RF信號(hào),，高速信號(hào)的參考平面？下面關(guān)于這個(gè)問題為大家提供一些見解與思路,。

 01.什么是參考平面？ 

參考平面,，顧名思義,，就是一個(gè)平面。如何理解這個(gè)平面,，首先要了解傳輸線的概念,。我們都知道，必須使用傳輸線來分析PCB上的信號(hào)傳輸來解釋高速電路中的各種現(xiàn)象。最簡單的傳輸線包括：信號(hào)路徑和參考路徑（也稱返回路徑）,。信號(hào)在傳輸線以電磁波的形式傳輸,，信號(hào)路徑及參考路徑構(gòu)成了電磁波的傳輸環(huán)境；從電流回路的角度講,，信號(hào)路徑承載信號(hào)電流,，參考路徑承載返回電流，因此參考路徑也稱返回路徑,。

就PCB上層走線而言,，走線和下面的平面層構(gòu)成了電磁波傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境，信號(hào)路徑是表層走線,，所以下面的平面就是參考路徑,。對(duì)于PCB上這一特殊結(jié)構(gòu)，參考路徑是以平面的形式出現(xiàn)的,，所以也叫參考平面,。這里和走線下面的平面是什么網(wǎng)絡(luò)屬性都無所謂，VCC,、GND,、設(shè)置是沒有網(wǎng)絡(luò)的孤立銅皮也可以，關(guān)鍵在于下面的平面是導(dǎo)體這就行了,。

下圖是表層走線的場(chǎng)分布和電流分布,。

內(nèi)層走線來說，走線,、上方平面,、下方平面構(gòu)成了電磁波傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境，所以上下兩個(gè)平面都是信號(hào)的參考路徑,，也就是參考平面,。下圖顯示了內(nèi)層走線的場(chǎng)分布和電流分布圖，從圖中能夠清楚看到,，如果兩個(gè)平面與走線的距離近似相等,，那么兩個(gè)返回電路也近似相等，此時(shí)兩個(gè)平面同樣重要,，這樣就不難理解內(nèi)層走線的上下兩個(gè)平面都是參考平面了,。

參考平面兩個(gè)點(diǎn)：算阻抗和提供回流路徑，所以如果只是單純滿足阻抗一致的要求,，無論是GND平面還是電源平面都可以的,。但是一般情況下，參考平面主要是作為電流返回的路徑,，所以就有了以下問題,。

 02.信號(hào)是如何參考電源平面的？ 

上文已分析了電源層也可以作為參考平面算阻抗，那么下面將從電流返回路徑上分析,。以一個(gè)簡單的4層PCB為例,，信號(hào)通過過孔換層參考電源，其信號(hào)的回流路徑如下：

當(dāng)高速信號(hào)在信號(hào)線上傳播時(shí),，在信號(hào)向前傳播的過程中,，由于參考平面之間會(huì)存在容性耦合，當(dāng)發(fā)生dV/dt時(shí),，就會(huì)出現(xiàn)電流經(jīng)耦合電容流向參考平面的現(xiàn)象,，傳輸線下方位置就會(huì)有瞬態(tài)電流流回到源端電路。

當(dāng)電源層作為參考平面時(shí),，信號(hào)回流會(huì)先流向電源層,，再通過電源與地網(wǎng)絡(luò)之間的Cpg流向地網(wǎng)絡(luò)，最后在經(jīng)過地層流向源端電路,，最終形成一個(gè)完整的電源回路,。控制好高速信號(hào)的回路阻抗非常關(guān)鍵,，因?yàn)樗苯佑绊懙叫盘?hào)傳輸特性,。

這里涉及三個(gè)大家可能平時(shí)沒有注意到的三個(gè)知識(shí)點(diǎn)：

1.高速信號(hào)換層處需要加回流過孔，這里其實(shí)就是增加了垂直方向的回流路徑,，這個(gè)對(duì)于高速信號(hào)是非常有必要的,。

2.高速信號(hào)換層后盡量還是同類型的參考平面，這點(diǎn)的好處其實(shí)在圖片中就可以看出來

3.當(dāng)電源,、地層之間存在足夠的去耦電容后,，其交流阻抗極小，交流信號(hào)可以在任何層上傳輸,。換而言之,，對(duì)于交流信號(hào)而言，電源,、地層是沒有區(qū)別的,。

 03.高速信號(hào)能否參考電源層？ 

理論上和地平面一樣,，電源信號(hào)層也可以應(yīng)用于低阻抗的信號(hào)返回路徑,。假設(shè)有足夠多的旁路電容，那么電源平面?zhèn)鬏敃?huì)和地面一樣好,，在一個(gè)電源面和地平面或者兩個(gè)電源平面帶狀傳輸線也可以工作,。但是，當(dāng)信號(hào)參考電源層時(shí),，回流路徑當(dāng)中對(duì)信號(hào)影響最大的就是Cpg電源與地網(wǎng)絡(luò)之間的容性通道。它可能是電源地網(wǎng)絡(luò)上分布復(fù)雜的退耦電容，也可能包含電源地層平面之間的平板電容,，由于構(gòu)成復(fù)雜,，在各頻點(diǎn)所表現(xiàn)出來的阻抗特性都不一樣，難以量化與控制,，所以這個(gè)假設(shè)很難成立,。

即使電源層離信號(hào)層更近，返回信號(hào)也會(huì)經(jīng)電源層返回到地層,，因?yàn)樾盘?hào)輸入時(shí)是以地層為參考層的,。但是如果去耦做的不好，電源層與地層之間的阻抗會(huì)很大,，那么返回信號(hào)會(huì)受到很大的阻抗,。

信號(hào)參考電源層會(huì)給信號(hào)質(zhì)量帶來影響，電源地層之間的阻抗是影響的主要因素,，信號(hào)頻率越高,，帶來的影響會(huì)越明顯。當(dāng)然,，也不是所有信號(hào)都不能參考電源,，具體多少頻率，什么信號(hào)可以參考電源,，要看實(shí)際PCB設(shè)計(jì)以及PDN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況,，最好利用仿真軟件進(jìn)行分析驗(yàn)證。

有些信號(hào)設(shè)計(jì)指定要求參考它本身的電源層,，這又是為什么,？

這是由于芯片內(nèi)部信號(hào)參考的是電源，那么在PCB上參考電源比較好,。但是大多數(shù)芯片在設(shè)計(jì)中高速信號(hào)都是參考地,，所以在大多數(shù)高速信號(hào)設(shè)計(jì)指導(dǎo)中都推薦參考地，雖然在高頻帶電源去耦電容顯示低阻抗特性,，電源與地表現(xiàn)為等電位,，但由與去耦電容位置擺放的問題可能會(huì)增大信號(hào)的回流面積，從而影響信號(hào)質(zhì)量,，所以對(duì)于多數(shù)高速信號(hào),，參考地位以較好。

在此建議：高速信號(hào)建議參考地平面,，至少有一個(gè)完整的地平面,；另外電源平面需要與地平面緊耦合，既緊緊挨在一起,。

 04.RF射頻信號(hào)能否參考電源層,？ 

高速信號(hào)能否參考電源信號(hào)的理論也能解釋RF射頻信號(hào)能否參考電源層的問題,，從返回路徑來看，RF射頻信號(hào)更加不合適參考電源層,。理由是電源層與地層之間的阻抗和耦合不好就會(huì)對(duì)RF信號(hào)產(chǎn)生很大的影響,。要知道，電源層并非真正的地,，從EMI角度也不推薦電源層作為微帶線的地,，信號(hào)返回的路徑可能會(huì)變得很長而受到干擾。其次,，電源,、地平面均能作為參考平面，且有一定的屏蔽作用,，但相對(duì)而言,，電源平面具有較高的特征阻抗，與參考電平存在較大的電位勢(shì)差,。從屏蔽的角度而言,，地平面一般都做了接地處理，并作為基本電平參考點(diǎn),，其屏蔽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電源平面,。

那么， 該怎么處理RF射頻電源,？RF射頻電源盡量不要用平面分割,，整塊的電源平面不但增加了電源平面對(duì)RF信號(hào)的輻射，而且也容易被RF信號(hào)干擾,。所以電源線或平面一般采用長條形狀,，根據(jù)電流大小進(jìn)行處理，在滿足電流能力的前提下盡可能粗,，但是又不能無限制的增寬,。在處理電源線的時(shí)候，一定要避免形成環(huán)路,。電源線和地線的方向要與RF信號(hào)的方向保持平行但不能重疊,，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。