一、跨分割区域信号回流路径问题的产生及影响

在复杂的 PCB 布局中，为了实现不同的功能模块划分或者满足特定的设计需求（如电源分区、地线分区等），往往会将 PCB 板划分为多个区域。当信号需要跨越这些分割区域进行传输时，就会面临回流路径的问题。如果回流路径设计不当，可能会导致以下一系列问题：

信号完整性受损 ：不连续或高阻抗的回流路径会使信号回流受阻，产生反射、振荡等现象，导致信号畸变，影响信号的传输质量和稳定性。例如在高速数字信号传输中，可能会出现上升沿或下降沿的畸变，增加信号的抖动，进而导致数据传输错误。

电磁干扰增加 ：不良的回流路径会形成较大的环路面积，从而产生较强的电磁辐射，干扰周围的电路和其他信号线。同时，也会使电路更容易受到外部电磁干扰的影响，降低整个电路的电磁兼容性（EMC）性能。

电源完整性问题 ：在跨分割区域的信号回流路径中，如果电源和地的分布系统（PDN）设计不合理，可能会导致电源阻抗升高，电源电压波动增大，影响芯片的正常供电和工作，甚至可能引起芯片的损坏。

二、跨分割区域信号回流路径设计的基本原则

（一）保持回流路径的连续性

这是最基本也是最关键的原则。信号回流路径应尽可能地与信号线平行，并且在信号跨越分割区域时，要确保回流路径能够顺畅地过渡到另一侧。避免出现回流路径的断裂、绕行或急剧转折等情况，以减少回流路径的阻抗和环路面积。

（二）降低回流路径的阻抗

选择低阻抗的材料和结构来构建回流路径，如使用宽的地线、多层地平面等。同时，要尽量减少回流路径中的过孔、缝隙等可能导致阻抗增加的因素。过孔的寄生电感和电阻会对回流路径产生较大的影响，尤其是在高频信号的情况下，应尽量减少过孔的使用数量，并优化过孔的设计，如采用盲孔或埋孔等技术来降低过孔的寄生效应。

（三）优化回流路径的布局和布线

合理规划信号线和回流路径的布局，使信号线与回流路径之间的距离尽可能近，以减小耦合电感和电容。在布线时，应避免将回流路径布置在靠近干扰源（如高频开关电路、大电流电源线等）的地方，以免受到外部干扰的影响。同时，要注意不同信号线之间的相互影响，避免信号之间的串扰通过回流路径进行传播。

三、跨分割区域信号回流路径的具体设计方法

（一）利用地平面桥接

当地线被分割成多个区域时，可以在分割区域之间放置地平面桥接（也称为地线跨接）。地平面桥接通常由宽的地线段或多个平行的地线组成，跨越在分割区域的间隙之上，为信号提供一个低阻抗的回流通路。例如，在一个包含模拟地和数字地分割的 PCB 设计中，可以在两者之间的分界处设置一个地平面桥接，其宽度应根据信号的频率和电流大小来确定，一般建议宽度不小于 2 - 3mm，并且要尽量靠近信号线跨越的位置。同时，为了进一步降低桥接的阻抗，可以在桥接处放置多个过孔将其连接到内部的地平面层，形成一个三维的低阻抗回流路径。

（二）采用共用地点连接

在某些情况下，可以通过设置共用地点来实现跨分割区域的信号回流。共用地点通常选择在电源入口、机箱接地位置或者电路的公共参考点等位置。将不同分割区域的地线在共用地点进行单点连接，这样可以确保整个地系统的电位一致性，为信号回流提供一个稳定的参考电位。例如，在一个多板级联的电子系统中，各个 PCB 板的地线可以在机箱的接地汇流排处进行共用地点连接，从而实现整个系统的地线整合和信号回流的优化。

（三）使用磁珠或电阻进行隔离与回流引导

在信号跨越分割区域时，可以在信号线上串联磁珠或电阻，同时在分割区域的地线之间放置相应的磁珠或电阻进行隔离和回流引导。这种方法可以有效地滤除信号线上的高频噪声，并且通过磁珠或电阻的阻抗匹配作用，引导信号回流按照预定的路径返回。例如，在一个数字信号跨越模拟地和数字地分割区域的例子中，可以在数字信号线上串联一个 10 - 100Ω 的磁珠，在模拟地和数字地之间的地线连接处也放置一个相同阻值的磁珠，这样数字信号的回流就会优先通过磁珠返回到数字地，而不会对模拟地造成干扰，同时也起到了隔离模拟地和数字地之间高频噪声的作用。

四、跨分割区域信号回流路径的优化策略

（一）仿真分析与优化

在 PCB 设计阶段，可以利用专业的电磁兼容（EMC）仿真软件和信号完整性仿真工具，对跨分割区域的信号回流路径进行详细的仿真分析。通过建立精确的模型，模拟信号的传输特性、回流路径的阻抗分布以及电磁场的分布情况，评估不同设计方案对信号完整性和电磁干扰的影响。根据仿真结果，对回流路径的布局、宽度、过孔数量和位置等参数进行优化调整，以达到最佳的设计效果。例如，在仿真中发现某个回流路径的阻抗较高，导致信号反射严重，可以通过增加地线宽度、减少过孔数量或者调整地线位置等方法来降低阻抗，优化回流路径。

（二）实际测试与验证

在完成 PCB 制作后，需要使用示波器、网络分析仪、频谱分析仪等测试设备对跨分割区域的信号回流路径进行实际测试和验证。通过测量信号的时域反射（TDR）、时域传输（TDT）、眼图、电磁辐射等参数，评估信号回流路径的实际性能。如果测试结果与设计目标存在偏差，需要根据测试数据分析问题的原因，并对 PCB 进行相应的修改和调整。例如，如果测试发现电磁辐射超标，可能是回流路径的环路面积过大，可以通过缩小回流路径的范围、增加地线数量或者调整信号线和回流路径的布局等方法来降低电磁辐射。