创建Stackup来管理电源平面

2020年4月15日

关键的外卖

了解电源平面管理如何影响您的PCB设计。
发现PCB堆叠中电源平面的位置。
找到建议，以最好地利用你的动力飞机。

为了进一步讨论，你会建议如何在你的动力飞机上使用热浮雕?

屏幕截图的3D布局显示的动力平面和一些表面组件

我们已经习惯了在我们的生活中拥有大量的权力，以至于在大多数情况下，我们不会考虑如何管理它——直到电力耗尽。一场古老的风暴会引起一连串的困难，很快提醒我们力量在我们的生活中是多么重要。为了不让你的冷冻食品变质，不得不挨家挨户地寻找冷却器和冰块，这是一种令人谦卑的经历。

管理数百万用户的电网可能是当地电力公司的工作，但在电路板设计中，我们也有良好的电源管理的责任。这是通过精心创建印刷电路板层堆叠来实现的，以便有正确的电源和地平面配置。我们将进一步了解在PCB上管理电源平面的技术，以及如何最好地利用设计工具来帮助您。

为什么PCB设计中电源平面管理很重要

电路板总是需要为其组件提供电源和接地的连接。最初，这将在较老的两层板上用宽痕迹完成，直到多层板变得更常用。从那时起，你通常会发现至少有一层是地平面，即使电网仍然有广泛的线路。

这是PCB设计中电源和接地平面的最大优点之一，它们为组件的电源和接地连接提供了方便的访问。在你的设计中使用平面还有很多其他的好处，不过如果管理得当的话。下面是一些比较明显的例子:

电磁干扰保护印刷电路板上的信号一旦到达目的地就需要返回。信号越快，如果没有直接信号，就会产生更多的噪音(电磁干扰)返回路径跟随。通过提供与这些高速信号相邻的平面，您已经创建了信号所需的清晰返回路径，以减少噪声。此外，飞机还将帮助屏蔽和保护敏感信号不受外来电磁干扰的影响。
减少地面反弹和串音: PCB设计中的平面也可以帮助控制地面反弹。这种情况下，具有快速开关速度的设备可能不会看到其信号电压一路下降到其参考地面水平．在独立的电源和地平面下，平面之间的电容将帮助这些信号返回到参考水平。在两个信号层之间使用地平面也有助于减少横向耦合的可能性相声,他们之间。
降低电源噪音:保护敏感的数字电路不受电力供应在美国，为这两个电路区域使用单独的地平面是一个好主意。这些平面可以连接在一个点上，但隔离将有助于防止敏感信号返回路径试图通过嘈杂的地面区域。
散热器通过提供从热组件的热着陆垫到飞机的直接机械连接，该组件的一部分热量可以通过飞机重新定向。

在你的设计中使用飞机还有很多其他的好处，这些只是一个例子。现在重要的事情是计划你的板层堆叠配置，以最好的位置的飞机在正确的位置。

一些热缓解垫的截图

电源或接地上的散热垫有助于PCB中通孔引脚的可焊性

在你的图层堆叠中的电源和接地平面，他们应该去哪里?

在配置单板层堆叠中的电源和地平面时，有许多因素需要考虑。在某些情况下，您的敏感信号将需要条带线平面配置，而不同的电路区域应该有隔离的电源和地平面。然后，处理器和其他有源部件可能需要多个电压。你如何管理所有这些需求?

对于层数较少的印刷电路板，如4层板，为了只为接地面保留内部层，电源可能采用迹路布线。在有多种电压要求的电路板上，可使用分频平面来覆盖所有不同的电源。有许多不同的层配置的变化将改变取决于电路的需要。下面是一些比较常见的短语:

四层板通常包含一个内部电源和接地平面，尽管在某些情况下，板将使用两个内部接地平面。在这种情况下，您会发现电源和信号跟踪都是在外部层上路由的。
六层板传统上将电源和地平面埋在板层堆叠的中心，但这并不是信号完整性的最佳方案。相反，你应该考虑把内部信号层埋在堆叠的中心，或者把电源层和内部信号层放在中心，把两个接地层放在第二层和第五层。
八层板具有多层配置选项。使用八层的好处是，根据您的需要，可以通过多种方式配置堆叠。不好的是，通过使用大量的平面来获得更好的信号完整性，可以有效地去除更多的路由层。你必须决定对你的设计最好的交易是什么。

你加的层数越多，电路板就越贵。然而，你通常需要更多的层来获得电路所要求的信号完整性性能。这需要一个好的成本分析最适合你的设计。

有很多关于板层堆叠和他们将如何影响你的设计在我们电子书在PCB路由。这本书有一些关于堆叠要求的具体信息，以及您的堆叠如何对路由成功和策略产生重要影响。

Cadence Allegro PCB布局工具中的铜浇注过程截图

在PCB的设计中，创建铜浇注以连接引脚之间的网的能力是至关重要的

关于在你的布局中创建平面的一些简单事实

一旦你进入板的布局阶段，你就可以在你的设计中使用不同类型的平面，你可以用不同的方法来创建它们。首先要注意的是，你的PCB设计CAD系统将给你两种类型的平面来工作，正平面和负平面。正平面是在常规信号路由层上定义区域的平面，这种方法也称为“铜灌注”。另一种是负平面，CAD系统会给你一个反向的平面图像。这种类型比正平面占用更少的计算资源。

一个区域填充或铜倒可以更容易工作，因为你可以看到你正在创建什么。在上面的图片中，铜倒被用来填充两个针之间的网。像这样的飞机通常可以画成一个实平面，或用孵化线来帮助制造，如下图所示。

PCB设计工具的另一个重要任务是设置功率平面的参数

正平面和负平面都需要仔细注意连接。对于要焊接的通孔销，a热解脱用来代替固定连接。这样做的原因是为了防止焊接过程中的热量通过金属平面消散。热救济垫的小切口将相反集中在针上的热量，使它更容易焊接。

飞机的另一个重要特征是它的分裂能力。对于有多个电源需求的有源组件，在密集的板，这是至关重要的。与其为额外的电压网在板中堆叠提供更多的层，或布线有迹线的电压网，不如将电源平面分成两个或多个单独的平面。这对您的设计非常有帮助，但可能会付出很大的代价。分裂的平面很容易破坏敏感信号的返回路径，并在您的电路板上造成大量噪音。如果你使用分割平面，确保你没有运行任何敏感信号通过分割。

最大限度地利用功率平面，平衡电路中的电感和阻抗，是电路板设计中功率完整性的一个重要部分。但是更进一步，如果你想要得到全面的指导来改善你的PDN设计，看看我们的有用的电子书在这个主题．我们讨论了直流和交流功率损耗，PDN的挑战，以及利用去耦电容-所有的提示肯定会有益于您的PDN设计。