合理设计电源层与地平面，不仅能为电路提供稳定的电源供应，还能有效降低电磁干扰（EMI），提升整个电子系统的性能与可靠性。

 一、四层板电源与地平面布局原则

 （一）电源层与地平面分布

在四层板设计中，通常将电源层和地平面分别安排在不同的层上，以实现良好的电气隔离。一般而言，电源层（如 +5V、+3.3V 等不同电源域）位于一层，而地平面则位于另一层，形成对电源的稳定支撑。这种分布方式有助于减少电源线的阻抗，提供更纯净的电源信号，同时地平面还可以作为信号回流路径，降低信号传输的损耗与干扰。

 （二）材料选择与层厚控制

选择合适的 PCB 材料对电源与地平面性能至关重要。通常采用具有低介电常数和低损耗因子的材料，如 FR-4，以减少电源传输过程中的损耗。此外，控制电源层与地平面的厚度也很重要，较厚的铜箔层可以降低电阻，减少电源传输过程中的压降，提高电源的稳定性。一般电源层和地平面的铜箔厚度在 1 - 2 盎司之间，具体根据电流大小和设计要求确定。

 二、电源完整性（PI）优化方法

 （一）电源层分割策略

为了降低不同电源域之间的串扰，采用合理的电源层分割策略至关重要。常见的分割策略有星型分割和平面分割。

   星型分割：以一个公共的电源接入点为中心，像星星的光芒一样将电源分布到各个电源域。这种分割方式能够有效避免不同电源域之间的电流相互干扰，每个电源域都有独立的电源路径，如同给每个电源域提供了一条专属的 “供电通道”。例如，在一个复杂的数字电路中，将处理器核心电源、存储电源和接口电源分别从中心接入点引出，互不干扰，从而确保每个电源域的独立性和稳定性。

   平面分割：将电源层划分为多个相互隔离的平面区域，每个平面区域对应一个电源域。这种方式类似于将电源层划分成不同的 “供电区域”，通过隔离措施防止电流在不同区域之间流动。比如，在模拟电路与数字电路共存的四层板设计中，将模拟电源平面和数字电源平面分开，中间设置隔离带，避免模拟信号和数字信号之间的相互干扰，提高电源的纯净度。

 （二）降低电源阻抗

降低电源阻抗是提高电源完整性（PI）的关键措施之一。可以通过以下方法实现：

   增加电源层与地平面的面积：较大的面积可以降低电阻，减少电源传输过程中的压降。同时，还能提高电源的散热性能，确保电源在长时间工作过程中的稳定性。

   使用多层过孔（via）连接：在电源层与地平面之间使用多个过孔进行连接，可以降低连接电阻，提高电源的回流效率。例如，在高频电路设计中，增加过孔数量可以有效减少电源回路的电感，降低电源噪声，确保电路的稳定运行。

 （三）电源去耦电容配置

合理配置电源去耦电容是抑制电源噪声的重要手段。去耦电容的作用是为电源提供一个局部的储能元件，在电源波动时迅速释放或吸收能量，稳定电源电压。通常在每个电源引脚附近放置一个 0.1μF 的陶瓷电容，同时在 PCB 板上适当位置放置一个 1 - 10μF 的电解电容，形成两级去耦网络。这样可以有效滤除不同频率的电源噪声，提高电源的稳定性。

 三、电源层分割与 PI 优化的协同效应

通过合理的电源层分割策略，可以有效降低不同电源域之间的串扰，这是电源完整性优化的基础。同时，降低电源阻抗和配置去耦电容等措施，能够进一步提高电源的稳定性和抗干扰能力。例如，在一个四层板设计中，采用星型分割策略将不同电源域分开，同时在每个电源域的分支线上增加去耦电容，并通过多层过孔连接电源层与地平面，降低连接电阻。这种协同设计方法可以显著提高电源的完整性，减少电源噪声对电路性能的影响，提高整个电子系统的可靠性和稳定性。

在 PCB 四层板设计中，电源与地平面设计是确保电源完整性（PI）的关键环节。通过合理的电源层与地平面布局、采用星型或平面分割策略、降低电源阻抗以及合理配置去耦电容等方法，可以有效降低不同电源域之间的串扰，提高电源的稳定性和抗干扰能力。这对于提升电子设备的性能和可靠性具有重要意义。