[經(jīng)驗(yàn)] 一文教你進(jìn)行PCB設(shè)計過程中的回流路徑分析
ReturnPath 回流路徑
高速設(shè)計已成為愈來愈多 PCB 設(shè)計人員關(guān)切的重點(diǎn)。在進(jìn)行高速 PCB 設(shè)計時，每位工程師都應(yīng)重視其信號完整性，并且需時?？紤]其信號電路的回流路徑，因?yàn)椴涣嫉幕亓髀窂饺菀讓?dǎo)致噪聲耦合等信號完整性問題。如果電流必須經(jīng)過很長的路徑才能返回，信號路徑的電感回路會增加。當(dāng)系統(tǒng)中的電感回路越大，這些信號愈有可能吸收來自系統(tǒng)中任何其他 Net 的噪聲。一般回流路徑不連續(xù)問題常是由于缺少接地過孔 Via、接地層中的間隙、缺少去耦電容，或是使用錯誤 Net 所引起的。而當(dāng)你的 PCB 設(shè)計愈趨復(fù)雜，要快速找出這些問題難度也愈高。
本文將通過設(shè)計實(shí)例詳解如何使用 Allegro?PCBDesigner 中 IDA（In-DesignAnalysis，設(shè)計同步分析）的 ReturnPath 分析功能，在 PCB 設(shè)計過程中進(jìn)行回流路徑分析，幫助工程師快速找出那些高速信號的回流路徑是否適當(dāng)，以確保 Layout 的質(zhì)量并且減少產(chǎn)品量產(chǎn)后因信號不穩(wěn)而需要召回的重大損失，實(shí)現(xiàn)設(shè)計一次性成功。
本文重點(diǎn)
回流路徑釋義
ReturnPath 分析重要性
ReturnPath 分析實(shí)例詳解
ReturnPath 分析結(jié)果解析
1、何謂回流路徑（ReturnPath）
不過若當(dāng)要接上的是行車系統(tǒng)、CAN（車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）甚或是 ADAS（先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)）上的各種感應(yīng)或處理器，就不是直接接上、省掉導(dǎo)線這么單純了，因較易涉及高頻 / 高速傳輸，會必須要注意其回流路徑的完整性。
同樣的！對 PCB 設(shè)計上來說，如果是低頻信號其回流路徑會隨最低阻抗而返回，但隨著頻率拉高，電流需要以封閉回路回到源頭，因而會更考慮最低電感的回流路徑，并且通常會對應(yīng)在其布線的上下層返回路徑如下左圖（二）示意，以避免如下右圖（二）因內(nèi)層切割而造成回流路徑迂回的問題，所以高速信號的回流路徑考慮就更顯重要了。
2、什么需要 ReturnPath 分析？
一般而言，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn) PCB 的 DRC 檢查只會檢查鼠線有沒接完和安全間距夠不夠這兩種狀況，所以像 ReturnPath 這樣的分析就較不易實(shí)現(xiàn)，往往需有經(jīng)驗(yàn)的老手開啟相關(guān)的圖層跟著看高速信號走線的相鄰層來確?；亓髀窂剑芸?Layout 質(zhì)量。亦或?qū)?Layout 訂立一些走線旁該怎么加 StitchingVia 的規(guī)范，STItchingVia 的示意如下圖（三），至于差動信號打 Via 后旁邊要拱幾個 STItchingVia，那又是另外的故事了！
甚或是最后不得已需添加縫補(bǔ)電容以填補(bǔ)那些跨不過壕溝（Moat），而導(dǎo)致成本增加以完善回流路徑，如下圖（四）TI 規(guī)范中的例子。
所以如果我們有個直觀的輔助分析工具會依照信號的幾何結(jié)構(gòu)分析回流路徑，并在不需 Models 的狀況下，計算出其電感的比值 RPQF（ReturnPathQualityFactor，回流路徑質(zhì)量系數(shù)）如下圖五所示。
當(dāng) RPQF 值越趨近于 1，則表示信號布線與與回流路徑是越貼近的，越高則代表回流路徑越曲折繞越遠(yuǎn)的路徑。
而且在執(zhí)行分析完畢后可直接列出相關(guān)信號的 RPQF 值如下圖六所示，讓我們能快速識別各個信號的嚴(yán)重性，修正不理想的部分。
注：IDA（In-DesignAnalysis，設(shè)計同步分析）中另外的 Impedance 阻抗分析和 Coupling 耦合干擾分析，也是一樣可以在不需 Models 的情況下，照著檢查流程執(zhí)行就可以很快實(shí)現(xiàn)各項 Layout 質(zhì)量管控的快篩分析。
3、何執(zhí)行 ReturnPath 分析
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