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参考平面跨分割情况下的信号回流

news 来源：原创 2025/9/21 9:09:13

前言：弄清楚信号的回流路径，是学习EMC和高速的第一步！

如果我们不管信号的回流路径，会造成什么后果？1、信号完整性问题，信号的回流路径不连续会导致信号反射、衰减和失真。2、信号衰减和噪声干扰，当参考平面出现不连续时，信号的回路电流会受到干扰，从而引发噪声问题。3、电磁干扰EMI，不恰当的回流路径可能导致电磁干扰（EMI），影响系统的稳定运行。

之所以会引起以上问题，是因为影响高速信号的最主要的因素是环路的寄生电感，电感量越大，环路阻抗越高，产生的感应电压也越高，就会形成强烈的噪声。这个环路就相当于一个环形线圈，会将干扰信号发射出去，同时也会接收外界的干扰，从而引起EMC问题。

主要解决手段：1、减小信号回流的环路面积。环路面积的大小与线圈辐射和接收电磁波的能力成正比。减小环路面积有利用降低EMC。2、走线尽可能短，地平面尽可能完整，且让信号线与回流地平面路径尽可能地靠近。3、在芯片的引脚就近放置高频小电容，为返回电流提供返回通路，否则返回电流将寻找最近的电源平面和地平面的耦合途径进行回流(使得回流途径难以预知和控制，从而对其它走线造成串扰)。

0.低频信号和高频信号的回流路径不同：

低频信号回流选择阻抗最低路径，高频信号回流选择感抗最低的路径

对于低频信号来说，信号会沿着阻抗最低的路径返回，这句话毋庸置疑。但是高频信号这么说就不一定对，随着信号频率的提高，导线的感抗逐渐加大，所以返回路径为感抗最低的回路，且集中在信号走线的下方。

1.走线不要跨越分割

下两图高亮的信号线走线在顶层，参考平面在第二层GND层，但是GND层跨越了分割，通过跨接的电阻回流，环路面积是绿色的：

下图给出了模拟地和数字地之间的跨接方式：

一般来说，在高频电路中数字地和模拟地建议分区拉开一定距离，地平面不分割。如果模数地干扰太大需要分地时，要注意有布线的地方尽量不要跨越地分割位置，这样信号回流要跨越不同的地层，导致干扰加大。

2.跨分割情况下的解决方案：

说到底，信号的回流路径的关键在于信号的参考平面是否完整，进行模数地分割的目的在于模拟和数字信号回流的时候不会碰到，导致相互干扰，各走各自的路。

顶层的信号线会参考第二层的PWR层，但是PWR有可能跨信号线分割导致信号线无法回流到初始位置，所以在空余的地方多打地过孔可以给其提供在GND平面的回流路径，也可以在高频电磁干扰来到时候直接回流路径最小，避免回流路径太大干扰其他的信号：

对于大电流，需要打上过孔，在第二层电源层再走一层，相当于增加铜厚，增强导电能力：

当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持大部分电场不互相干扰，这就是3W规则。

3W原则是指多个高速信号线长距离走线的时候，其间距应该遵循3W原则，例如时钟线，差分线，视频、音频信号线，复位信号线及其他系统关键电路需要遵循3W原则，而并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则。

对于一些关键的高频信号线需要遵循3W原则，和其他导线的间距必须足够大，太近会发生串扰：

参考自：何谓回流路径，我们一起学习下 - 知乎

PCB地分割之信号回流-CSDN博客

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