在印刷电路板(PCB)的设计过程中,电源层通常被视为电源分配网络(PDN)的核心。电源层和接地层通常是通过平面铜层来实现的,旨在确保系统稳定性。然而,随着电路板复杂性的增加,尤其是在多层电路板中,设计师可能面临在电源层上布置信号线路的需求。虽然这种做法可以节省空间,但也带来了许多设计考量。
一、电源层的电流容量与热管理
电源层的主要功能是为整个电路板提供稳定的电流分布,因此电流容量是布线设计的核心要素之一。电源层的电流容量与其铜厚度直接相关。在设计高功率应用的电路板时,如果在电源层上增加信号布线,可能会将电源层切割成多个部分,这会降低整体的电流容量,形成热阻现象。这种现象会在某些区域形成高电流密度的“漏斗效应”,造成发热过大,影响板子性能。
一种常见的补救措施是在相邻层添加并行的电源层,从而将电流分配到多个平面层,降低单一层的负载。这在背板或机架安装的高功率设备中尤为常见,通过这种方法可以确保不会超过任何一个平面部分的电流容量,避免局部过热的问题。
二、阻抗控制与信号完整性
在PCB设计中,信号完整性是影响高速信号稳定传输的关键。对于需要受控阻抗的高速信号而言,在电源层布线会产生阻抗不连续性,导致信号反射和回波损耗。这种情况尤其明显,原因在于信号带状线在电源层被分割后,由于周围铜面积的变化导致阻抗特性发生改变。对于诸如SPI、I2C等低速单端协议,受控阻抗要求不高,因此通常可以在电源层上布线而不会有