外观

电源作为参考平面 ​

  在PCB设计中，常说使用GND来作为参考平面进行阻抗控制，这是因为GND层可以为信号提供最小环路面积的返回路径，在小部分应用中，也有使用电源层来作为参考平面，它似乎无法给信号提供返回路径，为了解答这一疑惑，可以参考以下几点。

参考平面的本质 ​

  参考平面的本质是为信号提供稳定的电位基准，并在高速信号传输时形成低阻抗的返回路径，在此基础上，参考平面还能保证传输线阻抗的可控性，约束电磁场分布，减少电磁干扰，在多层板中起到隔离和能量耦合作用。

为什么电源平面也能成为参考平面 ​

  电源平面与地平面之间通常会有去耦电容，在高频下，这些去耦电容让电源平面和地平面之间呈现低阻抗耦合，形成近似一样的参考电位；对信号来说，如果电源平面电位稳定且与地平面耦合紧密，它就可以像地平面一样为信号提供返回路径。

什么时候电源平面可以成为参考平面 ​

  当电源平面和地平面层叠紧密耦合、有足够密度的去耦电容、电源平面电压稳定无大噪声、信号频率不超过Ghz级别时，可以选择电源平面作为参考平面进行阻抗控制。

设计比较 ​

  在绝大多数情况下，都建议选择地平面为参考平面，相较于电源平面，地平面更稳定，是整个系统的基准电位（通常会连接到外部机壳GND、大地等），不易随负载产生大干扰。

参考书籍 ​

  1. Henry W. Ott – Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2009.
    1. 第 5 章提到，信号的返回电流会选择阻抗最小的路径，在有电源-地平面对时，电源平面同样可以作为参考平面。
    2. 第 5.2 节讨论：参考平面使电场和磁场局限在走线与平面之间，从而抑制辐射和串扰。
  2. Eric Bogatin – Signal and Power Integrity – Simplified, 2nd/3rd Edition, Pearson.
    1. 书中指出，电源平面和地平面在高频下通过去耦电容紧密耦合，信号回流可经由电源平面闭合。
    2. 第 3 章指出：传输线阻抗由走线和参考平面的几何结构决定；只有保持连续、完整的参考平面，才能保证阻抗稳定。
  3. Howard Johnson & Martin Graham – High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, Prentice Hall, 1993.
    1. 提到 “power plane can serve as AC ground for return currents”，强调电源平面等效为 AC 参考平面
    2. 第 2 章强调：信号电流必须形成闭合环路，返回电流会沿着地平面、紧贴信号走向流动，以最小化环路面积。