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[導(dǎo)讀]PCB工程師注意啦:通常pcb上的打過孔換層會引起鏡像平面的非連續(xù)性,這就會導(dǎo)致信號的最佳回流途徑被破壞。我們都知道,信號打孔換層會改變信號的回流路徑,如果信號換層,回流路徑也跟著換層,但是在信號換層處過孔不能將信號回路連通起來,將引起信號回路面積增大,從而導(dǎo)致EMC問題。如下圖...



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



我們都知道,信號打孔換層會改變信號的回流路徑,如果信號換層,回流路徑也跟著換層,但是在信號換層處過孔不能將信號回路連通起來,將引起信號回路面積增大,從而導(dǎo)致EMC問題。



如下圖所示,描述了信號打孔換層的幾種情況:




a、信號線換層,回流路徑也從GND換到VCC上去了;


b、信號線換層,但參考面沒改變,回流路徑?jīng)]有換層;


c、信號線換層,回流路徑也換層,但只是從一個GND平面換到另一個平面;



a、c兩種情況如果不能在信號換層過孔處將信號回路連通起來,將引起信號回路面積增大,從而導(dǎo)致EMC問題。



針對以上換層引起的回路問題其解決方法如下:



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


b、建議高速信號線及時鐘線采用此種換層方式;


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



所以我們經(jīng)??梢钥吹揭恍┙?jīng)驗豐富的PCB設(shè)計師在處理高速信號打孔換層的時候,在信號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)計的時候其高速信號管腳兩邊也是地管腳如下圖所示。




給傳輸線上的信號過孔配置相鄰的接地過孔,主要有兩個好處:


  • 一是給信號過孔承載的信號提供良好的信號回流通路;


  • 二是通過接地過孔消除信號之間的電磁場輻射。



實驗證明:信號回流通路對于信號的阻抗影響比較大。通過在傳輸線及其過孔附近添加接地過孔的方式,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問題。在傳輸線信號的過孔周圍加載接地過孔,原則上是數(shù)量越多越好、距離信號過孔越近越好。



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




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




單端過孔仿真的三維結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:




(1)接地過孔數(shù)量的多少對信號傳輸質(zhì)量影響



接地過孔的數(shù)量是不是越多越好呢?在一定頻率的信號傳輸通路,幾個接地過孔就足夠了呢?為了弄清楚這些問題,需要對接地過孔的數(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是一個分界點,對于5.2GHz以上的信號過孔附近加載4個接地過孔,過孔的反射損耗會明顯降低??梢?,加載接地過孔的方式能夠有效地降低高頻信號的阻抗不連續(xù)性。



(2)接地過孔孔徑大小對信號傳輸質(zhì)量影響



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




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



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



(3)接地過孔距離遠(yuǎn)近對信號傳輸質(zhì)量的影響



接地過孔與信號過孔的間距從25mil到75mil之間變化時,對信號傳輸質(zhì)量影響的仿真結(jié)果如下圖所示。




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




—END—





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