【導讀】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性，這就會(huì )導致信號的最佳回流途徑被破壞。
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性，這就會(huì )導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(huì )改變信號的回流路徑，如果信號換層，回流路徑也跟著(zhù)換層，但是在信號換層處過(guò)孔不能將信號回路連通起來(lái)，將引起信號回路面積增大，從而導致EMC問(wèn)題。
如下圖所示，描述了信號打孔換層的幾種情況：
a、信號線(xiàn)換層，回流路徑也從GND換到VCC上去了；
b、信號線(xiàn)換層，但參考面沒(méi)改變，回流路徑?jīng)]有換層；
c、信號線(xiàn)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換層過(guò)孔處將信號回路連通起來(lái)，將引起信號回路面積增大，從而導致EMC問(wèn)題。
針對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、建議高速信號線(xiàn)及時(shí)鐘線(xiàn)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)?？梢钥吹揭恍┙?jīng)驗豐富的PCB設計師在處理高速信號打孔換層的時(shí)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計的時(shí)候其高速信號管腳兩邊也是地管腳如下圖所示。
給傳輸線(xiàn)上的信號過(guò)孔配置相鄰的接地過(guò)孔，主要有兩個(gè)好處：
一是給信號過(guò)孔承載的信號提供良好的信號回流通路；
二是通過(guò)接地過(guò)孔消除信號之間的電磁場(chǎng)輻射。
實(shí)驗證明：信號回流通路對于信號的阻抗影響比較大。通過(guò)在傳輸線(xiàn)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性，從而改善因阻抗不連續導致的反射現象，進(jìn)而引發(fā)EMC問(wèn)題。在傳輸線(xiàn)信號的過(guò)孔周?chē)虞d接地過(guò)孔，原則上是數量越多越好、距離信號過(guò)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(guò)孔的阻抗，降低鏈路阻抗的不連續性。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。
對單端過(guò)孔過(guò)孔的其他參數及仿真參數設置如下表所示。
單端過(guò)孔仿真的三維結構圖如下圖所示：
（1）接地過(guò)孔數量的多少對信號傳輸質(zhì)量影響
接地過(guò)孔的數量是不是越多越好呢？在一定頻率的信號傳輸通路，幾個(gè)接地過(guò)孔就足夠了呢？為了弄清楚這些問(wèn)題，需要對接地過(guò)孔的數量進(jìn)行仿真，仿真結果如下圖所示。
從上圖中S11曲線(xiàn)可以看出：5.2GHz是一個(gè)分界點(diǎn)，對于5.2GHz以上的信號過(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?？梢?jiàn)，加載接地過(guò)孔的方式能夠有效地降低高頻信號的阻抗不連續性。
（2）接地過(guò)孔孔徑大小對信號傳輸質(zhì)量影響
為了明確接地過(guò)孔孔徑大小對信號傳輸質(zhì)量的影響，進(jìn)行的仿真結果如下圖所示。
仿真接地過(guò)孔孔徑對信號的影響，可以發(fā)現：當接地過(guò)孔孔徑與信號過(guò)孔一樣均為10mil時(shí)，反射損耗減小非常明顯；隨著(zhù)接地過(guò)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(guò)孔的相關(guān)參數與其相鄰的信號過(guò)孔一致。
這有兩個(gè)好處：一是保證了信號的有效傳輸；二是減少鉆孔的種類(lèi)，從而提高制板生產(chǎn)的工作效率。
（3）接地過(guò)孔距離遠近對信號傳輸質(zhì)量的影響
接地過(guò)孔與信號過(guò)孔的間距從25mil到75mil之間變化時(shí)，對信號傳輸質(zhì)量影響的仿真結果如下圖所示。
通過(guò)仿真可以看出：接地過(guò)孔與信號過(guò)孔的間距對過(guò)孔傳輸衰減的作用不明顯?？紤]到信號從接地過(guò)孔處回流，可根據實(shí)際情況在距離信號過(guò)孔盡量近的位置放置接地過(guò)孔，以便實(shí)現回流路徑的最小化。
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