线缆专门设计有与信号路径相邻的返回路径。这适用于同轴线缆和双绞线线缆。返回路径很容易遵循。在电路板的平面互连中，返回路径通常设计为平面，就像在多层板中一样。对于微带线，信号路径正下方有一个平面，返回电流很容易识别。但是，如果与信号路径相邻的平面不是被驱动的平面怎么办？如果在信号路径和另一个平面之间引入信号，如下图所示，会怎样？返回路径将做什么？
电流将始终分配以最小化信号返回环路的阻抗。就在线路的起点，返回路径将在第 3 层的底部平面与第 2 层的中间平面之间耦合，然后返回到第 1 层的信号路径。考虑电流的一种方式如下：信号路径中的信号电流将在浮动中间平面的上表面感应涡流，而底平面中的返回电流将在底面感应涡流的中间平面。这些感应涡流将在信号和返回电流注入传输线的平面边缘连接。电流如下图所示。
平面中的精确电流分布将取决于频率，由趋肤深度效应驱动。通常，电流将分布在每个平面中，以降低信号返回路径中的总环路电感。它们只能使用场解算器进行精确计算。下图显示了计算电流分布的示例，从末端看，对于 20 MHz 的 2 密耳厚导体的这种配置。
当顶部走线和底部平面在中间平面浮动的情况下被驱动时，三个导体中的电流分布，从一端看。在浮动平面中产生感应涡流。较浅的颜色是较高的电流密度。
当观察信号线和底板之间的传输线时，驱动器会看到什么输入阻抗？驱动器将信号驱动到信号和返回路径中，浮动平面位于它们之间，将看到两条串联的传输线。将有第 2 层上由信号和平面组成的传输线，以及第 2 层和第 3 层上两个平面组成的传输线。如下图所示。驱动器将看到的输入串联阻抗为：
上图：驱动器驱动传输线的物理配置，它们之间有一个浮动平面。底部：等效电路模型显示驱动器认为的阻抗是从信号到浮动平面以及两个平面之间的阻抗之和。
两个平面之间的阻抗 Z2-3 越小，驱动器看到的阻抗越接近 Z1-2，因为阻抗看向了这条传输线。
这意味着尽管驱动器连接的是信号线和底层的平面，但是驱动器看到的阻抗实际上由信号路径及其最相邻平面形成的传输线的阻抗决定。无论相邻平面的电压是多少，都是如此。这是一个惊人的结果。
驱动器看到的多层板传输线的阻抗将由信号线与最相邻平面之间的阻抗决定，而不管哪个平面实际连接到驱动器的返回端。
与信号与其相邻平面之间的阻抗相比，两个平面之间的阻抗越小，驱动器就越接近信号与浮置平面之间的阻抗。
如果 h << w，则两个长而宽的平面之间的特性阻抗可以近似为：
其中Z0是平面的特性阻抗，h表示两个平面之间的介质厚度，w表示平面的宽度，
表示平面之间的介质的介电常数。
例如FR4板材中，2inch宽，间隔10mil的距离的两个平面，信号上感知到的两个平面之间的特性阻抗就是377x2x0.01/2=3.8Ohm。如果间隔为2mil，平面之间的特性阻抗为377x2x0.002/2=0.75Ohm。当平面之间的阻抗远小于50Ohm的时候，哪个平面和驱动器有DC连接并不重要，和驱动器最相邻的平面对阻抗贡献最大。
最小化相邻平面之间阻抗的最重要方法是在平面之间使用尽可能薄的电介质。这将使平面之间的阻抗保持较低，并在平面之间提供紧密耦合。当平面紧密耦合并且它们之间存在低阻抗时——无论如何低轨坍塌都应该存在——驱动器实际连接到哪个平面并不重要。平面之间的耦合将为返回电流提供一条低阻抗路径，使其尽可能接近信号电流。
如果信号路径在走线中途改变层怎么办？返回电流将如何跟随？下图显示了一个四层板，信号路径从第 1 层开始，通过过孔过渡到第 4 层。在电路板的前半部分，返回电流必须在信号路径正下方的平面上，在layer 2. 此外，对于电流的正弦波频率分量在 10 MHz 以上，电流实际上是在 layer 2 平面的顶面上流动。
在电路板的下半部分，信号位于第 4 层，返回电流在哪里？它必须在与信号层相邻的平面上，或者在平面层 3 上。而且，它将在平面的下表面上。在均匀传输线区域，返回电流很容易跟踪。过孔显然是信号电流从第 1 层到第 4 层的路径。返回电流如何从第 2 层过渡到第 3 层？
如果两个平面处于相同的电位并且有一个将它们短路的过孔，则返回电流将采用这条低阻抗路径。返回电流可能有一个小的点动，但它会通过很短的平面长度，并且平面的总电感很低，因此不会有大的阻抗不连续性。这将是首选的叠层。如果没有成本等其他限制，保持最近的参考平面处于相同电压并将它们短接在一起靠近信号过孔是最佳设计规则。为减少返回路径中的压降，始终考虑在信号过孔附近添加一个返回过孔。
然而，为了尽量减少总层数，有时需要使用具有不同电压的相邻返回层。如果平面 2 是 5-v 平面而平面 3 是 0-v 平面，则它们之间将没有直流路径。返回电流将如何从平面 3 流向平面 2？
它只能通过它们之间的分布阻抗。在间隙孔的内部，返回电流将在同一平面上盘旋并改变表面。然后返回电流将在平面的内表面上散开并通过平面间分布阻抗耦合。电流将以电介质中的光速在平面之间扩散。返回路径中的电流如下图所示。两个返回路径平面构成一条传输线，返回电流的阻抗为两个平面的瞬时阻抗。
每当返回路径电流切换平面并且平面被直流隔离时，返回电流将耦合通过平面并且看到阻抗等于由平面创建的传输线的瞬时阻抗。
返回电流必须通过这个阻抗，并且返回路径中会有电压降。我们将此电压降称为返回路径接地反弹。返回路径的阻抗越大，压降越大，产生的地弹噪声也越大。也在改变返回平面的所有其他信号线将促成这种接地反弹电压噪声，并遇到由其他信号产生的接地反弹噪声。
设计返回路径的目标是最小化返回路径的阻抗，以最小化返回路径中产生的地弹噪声。正如我们将看到的，这主要是通过使返回平面之间的阻抗尽可能低来实现的，通常是通过将它们保持在相邻层上，并在它们之间使用尽可能薄的电介质。
当返回电流从信号通路以不断扩大的圆圈在两个返回路径平面之间扩散时，它会看到不断减小的瞬时阻抗。随着半径变大，信号看到的每单位长度的电容也变大。这使得除了特定情况外的分析变得复杂，并且通常需要场解算器。
然而，我们可以建立一个简单的模型来估计两个平面之间的瞬时阻抗，并深入了解如何优化叠层设计并最大限度地减少这种形式的地弹。
要计算信号在两个平面之间径向向外传播时所看到的瞬时阻抗，我们需要计算径向传输线每单位长度的电容和信号的速度。信号将看到的每单位长度的电容是每次半径增量变化时的电容变化。返回电流的总电容为：
平面之间的区域是：
合并关系式可以得出阻抗随距离增加：
其中，C表示平面之间的耦合阻抗，
表示自由空间介电常数，0.225pF/in，表示平面之间的介质的介电常数，A表示平面中返回电流重叠区域，h表示两个平面中间的空间,r表示耦合圈增加的半径，以光速扩散。
随着半径的增加，电容的增量增加（即单位长度的电容）为：
和期望的一致，随着返回电流远离过孔，单位长度的电容增加，电流面对的瞬时阻抗为：
其中，Z表示返回电流在两个平面之间感知到的瞬时阻抗，CL表示两个平面之间单位长度的耦合电容，v表示介质中的光速，表示自由空间介电常数，0.225pF/in，表示平面之间的介质的介电常数，h表示两个平面中间的空间,r表示耦合圈增加的半径，以光速扩散，c表示真空中的光速。
例如，如果两个平面之间的介质厚度是10mil，返回电流在距离过孔1inch的位置感知到的阻抗为Z=60x0.01/(1x2)=0.3Ohm，随着返回电流向外传播，该阻抗会变小。这表示离过孔越远，返回电流的阻抗越低，该阻抗上的地弹电压就越低。
我们可以将返回电流所见的阻抗（与信号电流串联的阻抗）与时间联系起来，因为返回电流以光速在材料中扩散，并且 r = v × t：
其中，Z表示返回电流在两个平面之间感知到的瞬时阻抗，v表示介质中的光速，表示平面之间的介质的介电常数，c表示真空中的光速，h表示两个平面中间的空间，t表示返回电流传播的时间。
例如，如果空间是0.01inch，在0.1ns后返回电流感知到的阻抗是Z=5x0.01/1=0.5Ohm，信号的第一个前沿会出现一个可高达 0.5 欧姆的初始阻抗。如果信号电流在前 100 皮秒内为 20 毫安，对应于 50 欧姆阻抗中的 1 伏信号，则在前 0.1 秒内，与信号电压串联的开关平面上的地弹压降纳秒，即 20 mA × 0.5 Ohm = 10 mV。
与 1-v 信号相比，这可能看起来不是很多，但如果 10 个信号在相同参考平面之间同时转换，并且彼此之间的距离都在 0.6 英寸以内，它们将各自看到相同的公共 0.5-Ohm 阻抗，并且将有 20 mA × 10 = 200 mA 的电流通过返回路径阻抗。这将产生 200 mA × 0.5 Ohm = 100 mV 的地弹噪声，现在是信号电压的 10%，并且可能很大。同样通过该路径转换的所有信号路径都将看到 100 mV 的地弹噪声，即使它们没有切换。
如果最初在很短的时间内有大量电流流过，则返回电流的初始阻抗可能很高。在此初始短时间内流动的所有电流都将呈现高阻抗并产生接地反弹电压。下图显示了返回电流随时间变化的阻抗。从该图中可以清楚地看出，返回路径的阻抗仅在非常快的上升时间（显着小于 0.5 纳秒）时才有意义。
当信号从通孔向外传播时，返回电流在 2 密耳间距和 10 密耳间距的平面之间看到的阻抗。
当阻抗很大时——大约 50 欧姆的 5%——对于一个信号线开关，返回路径的阻抗很重要。当有 n 个信号路径通过这些平面切换时，返回路径的最大可接受阻抗为 2.5 Ohms/n。
该分析表明，对于参考平面之间的快速边沿和多个信号同时切换，返回路径上会产生显著的接地反弹电压。最小化此接地反弹电压的唯一方法是降低返回路径的阻抗。
这主要是通过以下步骤完成的：
1. 确保当信号路径过渡层时，它始终有一个相邻平面，其返回电压电平相同，并且在靠近任何信号过孔的开关平面之间有一个短路过孔。
2. 保持不同直流电压电平返回平面之间的间距尽可能小。
3. 隔开相邻的开关过孔，以便返回电流在返回路径的阻抗可能很高时的初始瞬变期间不会重叠。
有时人们认为，在存在开关返回电流的两个返回平面之间添加一个去耦电容器将有助于降低返回路径的阻抗。希望添加的分立电容器将为返回电流从一个返回平面流向另一个返回平面提供低阻抗路径。实际电容器必须在上升时间频率分量的带宽下保持平面之间的阻抗小于5%×50欧姆或2.5欧姆。
一个真正的电容器有一些环路电感和一些与之相关的等效串联电阻。这将限制分立去耦电容器对非常短的上升时间信号的实用性。平面形成的径向传输线的低阻抗将为高频组件提供低阻抗。
决定实际电容器在其自谐振频率以上的阻抗的不是它的电容；它是它的等效串联电感。下图 显示了环路电感为 0.5 nH 的实际 1 nF 电容器的预期阻抗。这是一个非常乐观的环路电感，只能通过焊盘中的多个过孔配置或使用叉指电容器 (IDC) 来实现。
该实际电容器将为仅高达1GHz的信号带宽的返回路径提供低阻抗。高于1nF的电容将不会提供附加值，因为高频分量将仅对环路电感敏感。
当使用分立电容器降低返回路径的阻抗时，保持低串联电感比使用超过 1 nF 的电容重要得多。
不幸的是，即使设计良好的电容器的环路电感为 0.5 nH，在频率高于 1 GHz 时仍会具有较大的阻抗，其中平面不具有低阻抗并且它们的接地反弹可能是一个问题。
不同直流电压平面之间的电容器在管理开关平面的接地反弹方面不是很有效。然而，它可能会为低频噪声提供额外的去耦，但不会解决接地反弹问题，因为上升时间会继续减少。
在多层板中，当信号路径必须改变不同电压电平的返回层时，最小化产生的地弹电压的唯一方法是在返回层之间使用尽可能薄的电介质。
当信号改变返回平面并且电流在由两个相邻平面形成的传输线中被驱动时，会产生另一个问题：该电流最终流向何处？随着电流向外传播，最终它会撞击电路板的边缘。当信号电流切换时注入平面之间的电流将在平面之间发出嘎嘎声，从而导致两个平面之间的瞬态电压。
平面之间的阻抗非常低，远小于 1 欧姆，因此产生的瞬态电压会很低。然而，随着多个信号在平面之间切换，每个信号都会在平面之间注入一些噪声。随着更多的信号切换，这种噪声会变得更大。注入平面的电流由信号电压和阻抗决定，大约为 50 欧姆。平面之间产生的电压噪声取决于平面的信号电流和阻抗。为了最大限度地减少这种不稳定的电压，应通过保持薄的电介质间距来将平面的阻抗保持在最低水平。
转换返回平面的信号是平面之间注入的高频噪声的主要来源。这种电压噪声会四处乱窜并导致 PDN 中的噪声。在低噪声系统中，它可能是非常敏感线路串扰的主要来源，例如射频接收器或模数转换器输入或电压基准。为最大限度地降低这些系统中的噪声，应注意通过谨慎选择返回平面电压、返回过孔和低电感去耦电容器来最大限度地减小注入平面之间的返回电流。
我们有时将这种在相邻平面层之间的电路板边缘之间发出嘎嘎声的电压称为平面共振。这些共振最终会因导体和电介质衰减而消失。共振将具有与电路板尺寸之间的往返飞行时间相匹配的频率分量。对于边长为 10 至 20 英寸的电路板，谐振频率将在 150 MHz 至 300 MHz 范围内。这就是为什么不同电压平面之间的电容器可以提供一些值的原因。它们的低环路电感在此频率范围内提供低阻抗，有助于保持平面之间的低阻抗（在电路板谐振频率范围内）并保持平面之间的低电压。然而，正如我们所见，这些电容器在非常快速的转换期间不会影响瞬态接地反弹电压。
为了最小化谐振环电压，尤其是在小型多层封装中，避免在不同电压平面之间切换任何返回电流非常重要。相邻的返回层应处于相同的直流电压电平，返回通路应连接靠近信号通路的返回路径。这将防止在平面之间注入任何电流并避免驱动任何平面共振。
随着上升时间的减少，尤其是低于 100 皮秒，这些问题将变得更加重要。
