在高速数字电路里， “电源地回路最短” 是一条特别关键的设计原则，在模拟电路当中亦是如此。它可不是一个简简单单的布线技巧，而是 和系统稳定性、又关乎信号完整性、还……
在高速数字电路里， “电源地回路最短” 是一条特别关键的设计原则，在模拟电路当中亦是如此。它可不是一个简简单单的布线技巧，而是 和系统稳定性、又关乎信号完整性、还涉及电磁兼容性的关键考量。要是忽略这一要点，稍微轻点的情况下会导致信号受到干扰从而造成性能降低，一旦严重了就会引发系统级故障。
为什么电源地回路要最短
电流常常寻觅阻抗最低的路径返回电源，此路径跟供电路径一同构成回路。要是地回路设计得繁杂、辗转，便会形成一个大面积的环路天线，极容易耦合外部噪声或者向外部辐射干扰。与此同时，回路的寄生电感会随着长度增加而加大，当高速数字信号的电流出现瞬变之时，寄生电感会产生感应电压，致使地电位波动，也就是“地弹”。地弹会直接叠加在信号上面，造成信号完整性问题。
所以，把电源地回路的物理长度予以缩短，实际上是使回路面积与寄生电感变小。这可大幅降低电磁辐射以及接收干扰的敏感度，还能保证给芯片提供一个洁净、稳定的参考接地平面。在多层印刷电路板设计里，为关键芯片（像处理器、模拟数字转换器、高速接口芯片）在附近布置去耦电容，目的就是给高频瞬态电流提供一条最短的返回路径，把噪声在源头附近就扼杀住。
如何优化电源地回路设计
在 PCB 叠层规划阶段，为电源和地设置完整的平面层，这是最有效的实践。它能为所有信号提供直接的镜像返回路径，进而将回路面积缩至最小。对于双面板等无法设置完整地平面的情况，必须精心规划布局和布线。核心器件应集中放置，电源的走线要尽可能粗短，地走线也要尽可能粗短，并且要采用星型连接或单点接地策略来避免形成公共阻抗。
布线之际，务必要保证信号线紧紧挨着其参考地平面或者地线来走线。针对关键的高速差分对或者时钟线而言，应当优先将用地线或者地平面开展包地隔离予以考虑，从而为返回电流提供清晰且紧密贴近的通道。与此同时，不同功能模块（像是数字、模拟、射频）的地需要借助磁珠或者零欧电阻在一点实现相连，以此防止噪声经由地平面产生串扰。
电源地回路最短的注意事项
在追求最短回路这个行为的时候，也要防止陷入那种错误的区域。绝对不是在所有状况之下，都要毫无思考地去进行缩短。就比如说，在功率驱动的那个部分，有着大电流的功率地跟敏感的小信号地是一定要分开的，然后最终在一个点上进行汇合，不然的话，大电流出现波动就会直接对整个地平面造成污染。对于低频电路而言，回路面积带来的影响相对来说是比较小的，重点应该放置在保障电流容量以及减少公共阻抗这方面。
还有一种常见的错误情形是，过度去分割地平面，以此来进行隔离，结果把地平面切割得七零八落，然而这样做，却反而会使得那里作为一种返回电流，不得不绕着更远的路去走，从而形成更大的回路面积。而正确的做法应当是，要全面进行确保，确保关键信号以及芯片下方，都能够有连续且完整的地平面从而被作为参考。当将设计完成之后，要借助仿真工具，来对其中电流回流路径以及地平面完整性展开分析，这是验证这个设计是不是能够达标的一种重要手段。
您于最近的PCB设之中，就优化电源地回路而言，所碰到的最具挑战性的情形是啥呢，是空间受限，是层数不够，亦或是混合信号处理的干扰问题呢，欢迎于评论区去分享您的经验以及解决方案，要是觉着本文有作用，请点赞予以支持并且分享给您的同事。
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