PCB工程師注意啦：通常pcb上的打過(guò)孔換層會(huì)引起鏡像平面的非連續(xù)性，這就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的最佳回流途徑被破壞。

 

我們都知道，信號(hào)打孔換層會(huì)改變信號(hào)的回流路徑，如果信號(hào)換層，回流路徑也跟著換層，但是在信號(hào)換層處過(guò)孔不能將信號(hào)回路連通起來(lái)，將引起信號(hào)回路面積增大，從而導(dǎo)致EMC問(wèn)題。

 

如下圖所示，描述了信號(hào)打孔換層的幾種情況：

a、信號(hào)線換層，回流路徑也從GND換到VCC上去了；

 

b、信號(hào)線換層，但參考面沒(méi)改變，回流路徑?jīng)]有換層；

 

c、信號(hào)線換層，回流路徑也換層，但只是從一個(gè)GND平面換到另一個(gè)平面；

 

a、c兩種情況如果不能在信號(hào)換層過(guò)孔處將信號(hào)回路連通起來(lái)，將引起信號(hào)回路面積增大，從而導(dǎo)致EMC問(wèn)題。

 

針對(duì)以上換層引起的回路問(wèn)題其解決方法如下：

 

a、需要在過(guò)孔附近放置旁路電容將VCC與GND連接起來(lái)，以給回路提供一個(gè)低阻抗通路；

b、建議高速信號(hào)線及時(shí)鐘線采用此種換層方式；

c、需在換層過(guò)孔附近放置地過(guò)孔將GND與GND連接起來(lái)，以給回路就近提供一個(gè)通道。

 

所以我們經(jīng)常可以看到一些經(jīng)驗(yàn)豐富的PCB設(shè)計(jì)師在處理高速信號(hào)打孔換層的時(shí)候，在信號(hào)孔附近添加回流地孔，如下圖所示。

 

 

包括一些高速連接器在設(shè)計(jì)的時(shí)候其高速信號(hào)管腳兩邊也是地管腳如下圖所示。

 

 

給傳輸線上的信號(hào)過(guò)孔配置相鄰的接地過(guò)孔，主要有兩個(gè)好處：

 

一是給信號(hào)過(guò)孔承載的信號(hào)提供良好的信號(hào)回流通路；

 

二是通過(guò)接地過(guò)孔消除信號(hào)之間的電磁場(chǎng)輻射。

 

實(shí)驗(yàn)證明：信號(hào)回流通路對(duì)于信號(hào)的阻抗影響比較大。通過(guò)在傳輸線及其過(guò)孔附近添加接地過(guò)孔的方式，可以有效地降低了阻抗的不連續(xù)性，從而改善因阻抗不連續(xù)導(dǎo)致的反射現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)EMC問(wèn)題。在傳輸線信號(hào)的過(guò)孔周圍加載接地過(guò)孔，原則上是數(shù)量越多越好、距離信號(hào)過(guò)孔越近越好。

 

回流地孔不僅能改善信號(hào)的EMC和回流通道，還能改善過(guò)孔的阻抗，降低鏈路阻抗的不連續(xù)性。高速差分過(guò)孔三維電磁仿真的過(guò)孔模型，其中就包含了回流地孔，如下圖所示。

 

 

對(duì)單端過(guò)孔過(guò)孔的其他參數(shù)及仿真參數(shù)設(shè)置如下表所示。

 

 

單端過(guò)孔仿真的三維結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

 

 

（1）接地過(guò)孔數(shù)量的多少對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量影響

 

接地過(guò)孔的數(shù)量是不是越多越好呢？在一定頻率的信號(hào)傳輸通路，幾個(gè)接地過(guò)孔就足夠了呢？為了弄清楚這些問(wèn)題，需要對(duì)接地過(guò)孔的數(shù)量進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下圖所示。

 

 

從上圖中S11曲線可以看出：5.2GHz是一個(gè)分界點(diǎn)，對(duì)于5.2GHz以上的信號(hào)過(guò)孔附近加載4個(gè)接地過(guò)孔，過(guò)孔的反射損耗會(huì)明顯降低。可見(jiàn)，加載接地過(guò)孔的方式能夠有效地降低高頻信號(hào)的阻抗不連續(xù)性。

 

（2）接地過(guò)孔孔徑大小對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量影響

 

為了明確接地過(guò)孔孔徑大小對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響，進(jìn)行的仿真結(jié)果如下圖所示。

 

 

仿真接地過(guò)孔孔徑對(duì)信號(hào)的影響，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)接地過(guò)孔孔徑與信號(hào)過(guò)孔一樣均為10mil時(shí)，反射損耗減小非常明顯；隨著接地過(guò)孔孔徑的進(jìn)一步增大，信號(hào)的傳輸衰減呈遞減趨勢(shì)，但是趨勢(shì)逐漸變緩。建議接地過(guò)孔的相關(guān)參數(shù)與其相鄰的信號(hào)過(guò)孔一致。

 

這有兩個(gè)好處：一是保證了信號(hào)的有效傳輸；二是減少鉆孔的種類，從而提高制板生產(chǎn)的工作效率。

 

（3）接地過(guò)孔距離遠(yuǎn)近對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響

 

接地過(guò)孔與信號(hào)過(guò)孔的間距從25mil到75mil之間變化時(shí)，對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量影響的仿真結(jié)果如下圖所示。

 

 

通過(guò)仿真可以看出：接地過(guò)孔與信號(hào)過(guò)孔的間距對(duì)過(guò)孔傳輸衰減的作用不明顯?？紤]到信號(hào)從接地過(guò)孔處回流，可根據(jù)實(shí)際情況在距離信號(hào)過(guò)孔盡量近的位置放置接地過(guò)孔，以便實(shí)現(xiàn)回流路徑的最小化。