在四層板設(shè)計(jì)中，電源層和地層的分配（即“分層”）是影響信號(hào)完整性、電源穩(wěn)定性和EMI表現(xiàn)的關(guān)鍵因素。合理的電源地分層，不僅可以優(yōu)化回流路徑、降低噪聲，還能提升整體電路的穩(wěn)定性。本文將從常見(jiàn)的分層方式、設(shè)計(jì)原則和實(shí)際注意事項(xiàng)出發(fā)，介紹四層板中的電源地分層策略。

一、四層板典型疊層結(jié)構(gòu)

四層板最常見(jiàn)的兩種疊層方式為：

方式一：

第1層（Top）：信號(hào)層

第2層（Inner1）：地層（GND）

第3層（Inner2）：電源層（Power）

第4層（Bottom）：信號(hào)層

方式二：

第1層（Top）：信號(hào)層

第2層（Inner1）：電源層（Power）

第3層（Inner2）：地層（GND）

第4層（Bottom）：信號(hào)層

其中，方式一的“地在上、電在下”更為常見(jiàn)，原因在于大多數(shù)信號(hào)從Top層走線，而地層緊貼信號(hào)層有助于形成良好的返回路徑，降低串?dāng)_。

二、電源與地為何要獨(dú)立分層？

1. 降低噪聲耦合：

如果電源和地共享一個(gè)內(nèi)層，容易引發(fā)電源噪聲傳導(dǎo)至地參考平面，影響信號(hào)完整性。獨(dú)立層能更好隔離噪聲。

2. 形成穩(wěn)定回流路徑：

信號(hào)層下方的完整地層可提供最低阻抗的回流路徑。若缺失地層或被電源打斷，回流路徑繞行，易產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

3. 有利于電源完整性設(shè)計(jì)：

獨(dú)立電源層能通過(guò)覆銅、加去耦電容等手段控制電壓穩(wěn)定性，并降低高頻阻抗。

三、電源層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

盡量整面鋪銅：

完整、連續(xù)的電源銅層有助于提供低阻抗路徑，避免切割地平面。

多電壓如何處理？

當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)電源（如3.3V、1.8V、5V）時(shí)，可以通過(guò)“分島”方式將電源層劃分為多個(gè)區(qū)域。此時(shí)，電源層仍為單獨(dú)層，但分區(qū)管理。

配合去耦設(shè)計(jì)：

電源層下可配合去耦電容打通電源-地通道，構(gòu)建平衡電源系統(tǒng)。

四、地層設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

整層GND為優(yōu)選：

應(yīng)盡可能保持地層完整不被切割，這對(duì)高速信號(hào)的回流尤為關(guān)鍵。

地層下走關(guān)鍵信號(hào)：

如高速差分線、時(shí)鐘線，應(yīng)優(yōu)先放置在地層上方信號(hào)層，減少阻抗不連續(xù)。

GND與外殼、屏蔽層連通規(guī)劃：

如果設(shè)計(jì)涉及外部接口，如USB、HDMI等，地層與屏蔽層、外殼地的連接應(yīng)有明確路徑，防止共模干擾。

五、實(shí)際設(shè)計(jì)建議

若布線密度不高，可考慮將電源放在頂層/底層，地層獨(dú)立為中間完整層，以保證參考平面連續(xù)。

若板子為高頻設(shè)計(jì)，應(yīng)優(yōu)先保證地層完整性，其次為電源層面積。

對(duì)于大電流供電路徑，建議在電源層加粗線或加銅，避免壓降。

結(jié)語(yǔ)：

四層板中電源和地的分層是整體電路性能的“地基”。設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必兼顧信號(hào)完整性、電源完整性和抗干擾能力。合理分層，可以讓電路穩(wěn)定運(yùn)行、信號(hào)暢通無(wú)阻，是每位PCB工程師的基本功。