pcb 分离平面

好的，PCB 中的“分离平面”通常指的是 PCB 分割平面 技术。这是指在 PCB 的电源层或地层上，通过物理隔离（挖空或开槽铜箔）将一个大平面划分为多个彼此隔离的电气区域的设计方法。

以下是关于 PCB 分离平面（分割平面）的详细解释：

目的：
- 电源隔离： 为板上不同电压域的电路（例如 3.3V, 5V, 12V, -5V 等）提供独立的电源回路，防止它们通过共享的电源平面相互干扰（噪声耦合）。
- 地隔离： 在需要严格控制噪声耦合的场景下（如高精度模拟电路、射频电路、噪声敏感的数字电路、开关电源附近），将它们的参考地平面与噪声较大的地平面（如数字地、开关电源地）物理隔离，减少地环路干扰和共模噪声。
- 安全隔离： 在高压区域和低压区域之间创建电气隔离带，满足安规要求的爬电距离和电气间隙。
- 信号完整性控制： 通过控制回流路径，减少高速信号串扰。
类型：
- 电源平面分割： 最常见的分割类型。不同的电压域（如 VCC3.3, VCC5V）占据同一个电源层上的不同物理区域，彼此之间由无铜的间隙（间隙）隔开。
- 地平面分割： 相对复杂且有争议。将完整的地平面分割成不同的区域（如 AGND, DGND, PGND）。需要非常谨慎使用，因为不当的地分割会破坏信号回流路径，引入严重的 EMI 和信号完整性问题。现代设计更倾向于使用“统一地平面 + 分区布局”的策略，只有在极端隔离需求（如极高精度 ADC/DAC 的模拟地、射频地）时才考虑局部、小范围的分割，并严格处理跨分割区域的信号。
关键考虑因素与设计要点：
- 间隙宽度： 间隙宽度必须足够大，以确保预期的隔离效果。对于电源分割，要满足载流能力和散热需求；对于高压隔离，必须满足安规要求的爬电距离和电气间隙。
- 分割形状： 尽量保持分割边界清晰、平滑（最好是直线或简单弧线），避免产生尖锐的角落或狭窄的“半岛”/“孤岛”，这些地方容易产生电磁场集中或制造问题。
- 布线约束： 严禁信号线跨越分割平面间隙！！！ 尤其是高速信号线。跨越间隙会迫使回流电流绕远路，形成大的环路面积，产生严重的 EMI 和信号反射问题。如果信号必须从分割的一侧到另一侧，应在信号跨越点附近放置缝合电容，为高频回流提供一条低阻抗的旁路路径（通常在电源分割中使用）。
- 参考平面连续性： 对于高速信号，其下方或上方的参考平面（通常是地平面）必须保持连续，不能被分割间隙打断。信号换层时，其参考平面也需要有良好的连续性或通过旁路电容连接。
- 器件放置： 属于同一电压域或地区域的器件应尽量集中放置在对应的分割区域内，以减少跨越分割的布线需求。
- 混合信号处理：
  - 电源分割： 为模拟和数字部分提供独立的电源平面是常见且推荐的做法。
  - 地分割： 模拟地和数字地的分割需极其谨慎。强烈推荐优先使用大面积、连续的单一地平面，将模拟和数字组件分区放置在该地平面之上，仅在模拟区域中心设置一个“安静”的单点连接点（磁珠或 0Ω电阻）连接到数字地（如果必须）。仅在性能验证显示分割确实必要且优于统一地时才进行物理分割。
- DC-DC 转换器： 其输入和输出回路应尽可能小且相互隔离。输入电容、开关管、输出电感、输出电容应紧凑放置，并通过分割平面或局部铜箔区域将功率路径与敏感的模拟/控制信号隔离。
- 制造性： 分割形状要考虑制造能力，避免过细的铜箔连接或复杂形状带来的蚀刻问题。
- 标注清晰： 在 PCB 设计中明确标注各个分割区域的名称和电压值。
优点：
- 有效隔离不同电压域之间的噪声传导。
- 在理想情况下（处理得当），可以减少敏感电路（如模拟、RF）受到的干扰。
- 满足高压安全隔离要求。
- 提供清晰的电源分配路径。
缺点与风险：
- 地分割风险最大： 极易破坏高速信号的回流路径，导致信号完整性问题（反射、串扰、时序问题）和严重的 EMI 辐射。调试困难。
- 增加设计复杂性： 需要仔细规划分割形状、布线策略、缝合电容放置。
- 可能增加成本： 复杂的平面结构可能需要更复杂的制造工艺检查。
- 散热受限： 分割可能会减少铜箔散热面积。
- 阻抗控制困难： 影响参考平面的连续性，使得高速传输线的阻抗控制更复杂。
- 回流路径变长： 即使有缝合电容，回流路径也比在完整平面上更长，阻抗更高。

总结：

PCB 分离平面（分割平面）是一种重要的电源完整性设计技术，主要用于电源平面的隔离和极端情况下的地隔离。

电源平面分割是常规且推荐的做法。
地平面分割是极具争议和风险的技术，应尽量避免！ 现代设计强烈倾向于使用完整、连续的地平面作为所有电路的公共参考点（0V基准），并通过合理的布局分区、敏感电路的电源滤波、关键位置的桥接等方式来控制噪声耦合，这比物理分割地平面更可靠、更易于实现良好的信号完整性和 EMC 性能。

在设计分割平面时，务必牢记信号回流路径的连续性要求，严格遵守“不跨分割布线”或“跨分割布线的正确处理（缝合电容）”原则，并深刻理解地分割带来的巨大风险。