电源完整性设计指导
问题。在接插件的管脚分配时，要尽量均匀地分配地管脚，避免过分集中，使信号和电源的回流路径变长。如图2－11所示。
S1S2S3S5S4
图11 接插件的的管脚的分配
2.3 电地平面的EMI抑制
高速数模混合电路一般都比较复杂，往往有－48V，3.3V，1.8V，1.2V，甚至5V，－5V和2.5V等多种电源。电源芯片种类涉及到LDO和开关电源模块等。电源类型有模拟和数字电源之分。相应的地平面也有－48V地、数字地、模拟地和保护地。如何处理好如此复杂种类众多的电源和地不仅是电路能否正常工作的一个关键，也是EMC问题的关键之一，地电平面处理不当将使EMC问题十分突出。归纳起来，对电源和地平面的处理涉及到PCB叠层、电源平面的划分、地平面的划分和对电源平面的滤波处理等几个方面。以下对这几个方面分别加以阐述。 2.3.1 PCB叠层的处理：
地电平面除了为信号线提供回流通路外，还可以对电源起到滤波去耦作用。这个滤波作用，可以消除高频信号通过地电平面的耦合产生的相互串扰，也可以消除开关电源的高次谐波噪声。下面以8层PCB叠层来说明叠层的方法，该PCB的叠层参见图2－12。在该PCB中，POWER是电源平面层，GND，GND1和GND2是地平面层，S1和S2是信号线层。尽量减小POWER与GND两个平面层之间的距离，以增大电源平面与地平面之间的耦合电容，增强该电容的滤波效果。将S1和TOP与GND1，S2和BOTTOM与GND2的间距减小到适当大小，增强信号线与地平面的耦合程度，减小信号回流环路的面积，但同时要兼顾信号线的电阻控制因素。
图2－12 8层PCB叠层示意图
2.3.2 PCB分割、布局、布线和电源平面分配问题
从图2－12所示的8层板的叠层中可以看出，平面层中GND与POWER耦合最紧密，因此高频特性也最好。另外如果将某种电源放在三个地平面层上，而不放在电源平面上，必然破坏电源与地平面地耦合关系，是电地平面地滤波作用弱化。同时使信号的回流问题更加复杂，增加了破坏信号完整性的几率。因此，对于有多个电源的电路，不能每种电源一层，
第 28 页 共 71 页
电源完整性设计指导
尽可能减少不同电压电源层相互覆盖，可以参照图12所示。为了不破坏上述电平面分割原则，可以在信号层用粗线条将两个或多个相同的电源平面连接在一起，如图2－13中的2.5V电源。
图2－13 多电源的电源平面的分割
2.3.3 地平面地划分和处理
对于多层板，存在多个地平面，分割线要尽量一致，避免出现因其他层重叠导致的回流路径未割断。在数模混合电路，为了避免数字地对模拟地的影响，将数字地与模拟地分割开，在地平面的适当点用‘地连接桥’将两种地连接在一起。设计中，可以根据具体电路的情况采用多点连接或单点将模拟地与数字地相连。就多点连接与单点连接的区别，利用ANSOFT软件进行了仿真。在图2－13所示的3.3V电源施加1A，3.3欧姆内阻的电流源，同时，在三个1.8V电源施加1A，1.8欧姆内阻的电流源，检测模拟地和模拟地区域的一对差分线上干扰电压，仿真结果参见图2－14～图2－17。
图2-14单点接地时模拟地上干扰电压
第 29 页 共 71 页
电源完整性设计指导
图2-15单点接地时模拟差分信号上干扰电压
图2-16多点接地时模拟地上干扰电压
图2-17多点接地时模拟差分信号上干扰电压
对比图2-14与图2-16，图2-15与图2-17发现，单点接地在10～20MHz之间存在尖峰电压。由于该尖峰电压能量比较集中，且与VDSL的工作频段较近，会对VDSL线路的性能直接产生影响。而多点接地可以有效消除这一尖峰电压。同时，模拟地的干扰电压也明显减小，表明电流的回流通路更为顺畅，数字地耦合到模拟地的干扰电压减小。此外，多点接地还有助于降低EMI。因此在VDSL用户板设计中使用多点接地的方法，参见图2-18。
图2-18 地平面多点连接地示意图
2.3.4 地电平面谐振地处理
第 30 页 共 71 页
电源完整性设计指导
在多电源工作情况下，电源和地平面的划分使PCB的结构比较复杂，PCB某些区域会在某些频率上谐振。谐振对模拟线路的性能和电路的EMI都是有害的，在数模混合电路中必须予以处理。例如VDSL用户板的每路性能表现严重不同，某个频点EMI超标。经过图3所示的电源分割后，利用ANSOFT软件进行谐振分析，发现在3.3V、2.5V、1.8V_A、1.8V_B和1.8V_C等区域存在着多个谐振频点，如图2-19所示。通过在这些区域增加100pF和1000pF电容，经过反复调节电容的大小、多少和位置，再进一步对该PCB进行谐振分析，发现谐振频点消除，如图2-20所示。
图2-19未增加100pF和1000pF电容谐振图
图2-20增加100pF和1000pF电容谐振图
2.3.5 电源滤波的处理
电源滤波地好坏与PCB地EMC性能密切相关。必须选择适当地电容组合，在适当地位置放置足够容量地滤波电容，详细参见前面对滤波电容选用地阐述。 2.3.6 其他与EMI密切相关的问题
EMI一般是由于有比较大的能量突变所致。通常，在我们的单板中，开关电源的开启和关闭时刻的输出电压，高速时钟信号的上升沿，高速数字信号的上升沿，都会出现电压突变，这些突变能量中的丰富的谐波通过地电平面形成发射，成为EMC问题的主要原因。因此，要结合前面所述对这些信号附近的地电平面要作仔细处理。
元件的接地处理也十分重要，特别的外壳尽量接地，整机的单板接地处理上要采用单点接地。
第 31 页 共 71 页
