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圖解數(shù)字電路PCB回流路徑

發(fā)布時(shí)間:2020-08-07 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】數(shù)字電路的原理圖中,數(shù)字信號(hào)的傳播是從一個(gè)邏輯門向另一個(gè)邏輯門,信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線從輸出端送到接收端,看起來(lái)似乎是單向流動(dòng)的,許多數(shù)字工程師因此認(rèn)為回路通路是不相關(guān)的,畢竟,驅(qū)動(dòng)器和接收器都指定為電壓模式器件,為什么還要考慮電流呢?
  
回流的基本概念
 
數(shù)字電路的原理圖中,數(shù)字信號(hào)的傳播是從一個(gè)邏輯門向另一個(gè)邏輯門,信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線從輸出端送到接收端,看起來(lái)似乎是單向流動(dòng)的,許多數(shù)字工程師因此認(rèn)為回路通路是不相關(guān)的,畢竟,驅(qū)動(dòng)器和接收器都指定為電壓模式器件,為什么還要考慮電流呢?
 
實(shí)際上,基本電路理論告訴我們,信號(hào)是由電流傳播的,明確的說(shuō),是電子的運(yùn)動(dòng),電子流的特性之一:就是電子從不在任何地方停留,無(wú)論電流流到哪里,必然要回來(lái),因此電流總是在環(huán)路中流動(dòng),電路中任意的信號(hào)都以一個(gè)閉合回路的形式存在。對(duì)于高頻信號(hào)傳輸,實(shí)際上是對(duì)傳輸線與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過(guò)程。
 
回流的影響
數(shù)字電路通常借助于地和電源平面來(lái)完成回流。高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的回流通路是不相同的,低頻信號(hào)回流選擇阻抗最低路徑,高頻信號(hào)回流選擇感抗最低的路徑。
 
當(dāng)電流從信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器出發(fā),流經(jīng)信號(hào)線,注入信號(hào)的接收端,總有一個(gè)與之方向相反的返回電流:從負(fù)載的地引腳出發(fā),經(jīng)過(guò)敷銅平面,流向信號(hào)源,與流經(jīng)信號(hào)線上的電流構(gòu)成閉合回路。這種流經(jīng)敷銅平面的電流所引起的噪聲頻率與信號(hào)頻率相當(dāng),信號(hào)頻率越高,噪聲頻率越高。邏輯門不是對(duì)絕對(duì)的輸入信號(hào)響應(yīng),而是對(duì)輸入信號(hào)和參考引腳間的差異進(jìn)行響應(yīng)。單點(diǎn)終結(jié)的電路對(duì)引入信號(hào)和其邏輯地參考平面的差異做出反應(yīng),因此地參考平面上的擾動(dòng)和信號(hào)路徑上的干擾是同樣重要的。
 
邏輯門對(duì)輸入引腳和指定的參考引腳進(jìn)行響應(yīng),我們也不清楚到底哪個(gè)是所指定的參考引腳(對(duì)于 TTL,通常是負(fù)電源,對(duì)于 ECL 通常是正電源,但是并不是全都如此),就這個(gè)性質(zhì)而言,差分信號(hào)的抗干擾能力就能對(duì)地彈噪聲和電源平面滑動(dòng)具有良好的效果。
 
當(dāng) PCB 板上的眾多數(shù)字信號(hào)同步進(jìn)行切換時(shí)(如 CPU 的數(shù)據(jù)總線、地址總線等),這就引起瞬態(tài)負(fù)載電流從電源流入電路或由電路流入地線,由于電源線和地線上存在阻抗,會(huì)產(chǎn)生同步切換噪聲(SSN),在地線上還會(huì)出現(xiàn)地平面反彈噪聲(簡(jiǎn)稱地彈)。而當(dāng)印制板上的電源線和接地線的環(huán)繞區(qū)域越大時(shí),它們的輻射能量也就越大,因此,我們對(duì)數(shù)字芯片的切換狀態(tài)進(jìn)行分析,采取措施控制回流方式,達(dá)到減小環(huán)繞區(qū)域,輻射程度最小的目的。
 
實(shí)例解釋:
 
圖解數(shù)字電路PCB回流路徑
 
IC1 為信號(hào)輸出端,IC2 為信號(hào)輸入端(為簡(jiǎn)化 PCB 模型,假定接收端內(nèi)含下接電阻),第三層為地層。IC1 和 IC2 的地均來(lái)自于第三層地層面。TOP 層右上角為一塊電源平面,接到電源正極。C1 和 C2 分別為 IC1、IC2 的退耦電容。圖上所示的芯片的電源和地腳均為發(fā)、收信號(hào)端的供電電源和地。
 
在低頻時(shí),如果 S1 端輸出高電平,整個(gè)電流回路是電源經(jīng)導(dǎo)線接到 VCC 電源平面,然后經(jīng)橙色路徑進(jìn)入 IC1,然后從 S1 端出來(lái),經(jīng)第二層的導(dǎo)線經(jīng) R1 端進(jìn)入 IC2,然后進(jìn)入 GND 層,經(jīng)紅色路徑回到電源負(fù)極。
 
在高頻時(shí),PCB 所呈現(xiàn)的分布特性會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生很大影響。我們常說(shuō)的地回流就是高頻信號(hào)中經(jīng)常要遇到的一個(gè)問(wèn)題。當(dāng) S1 到 R1 的信號(hào)線中有增大的電流時(shí),外部的磁場(chǎng)變化很快,會(huì)使附近的導(dǎo)體感應(yīng)出一個(gè)反向的電流,如果第三層的地平面是完整的地平面的話,那么會(huì)在地平面上產(chǎn)生一個(gè)藍(lán)色虛線標(biāo)示的電流,如果 TOP 層有一個(gè)完整的電源平面的話,也會(huì)在 TOP 層有一個(gè)沿藍(lán)色虛線的回流。此時(shí)信號(hào)回路有最小的電流回路,向外輻射的能量最小,耦合外部信號(hào)的能力也最小。(高頻時(shí)的趨膚效應(yīng)也是向外輻射能量最小,原理是一樣的。)
 
由于高頻信號(hào)電平和電流變化都很快,但是變化周期短,需要的能量并不是很大,所以芯片是和離芯片最近的退耦電容取電的。當(dāng) C1 足夠大,而且反應(yīng)又足夠快(有很低的 ESR 值,通常用瓷片電容。瓷片電容的 ESR 遠(yuǎn)低于鉭電容。),位于頂層的橙色路徑和位于 GND 層的紅色路徑可以看成是不存在的(存在一個(gè)和整板供電對(duì)應(yīng)的電流,但不是與圖示信號(hào)對(duì)應(yīng)的電流)。
 
因此,按圖中構(gòu)造的環(huán)境,電流的整個(gè)通路是:由 C1 的正極→IC1 的 VCC→S1→L2 信號(hào)線→R1→IC2 的 GND→過(guò)孔→GND 層的黃色路徑→過(guò)孔→電容負(fù)極??梢钥吹?,電流的垂直方向有一個(gè)棕色的等效電流,中間會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng),同時(shí),這個(gè)環(huán)面也能很容易的耦合到外來(lái)的干擾。如果和圖中信號(hào)為一條時(shí)鐘信號(hào),并行有一組 8bit 的數(shù)據(jù)線,由同一芯片的同一電源供電,電流回流途徑是相同的。如果數(shù)據(jù)線電平同時(shí)同向翻轉(zhuǎn)的話,會(huì)使時(shí)鐘上感應(yīng)一個(gè)很大的反向電流,如果時(shí)鐘線沒(méi)有良好的匹配的話,這個(gè)串?dāng)_足以對(duì)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生致命影響。
 
這種串?dāng)_的強(qiáng)度不是和干擾源的高低電平的絕對(duì)值成正比,而是和干擾源的電流變化速率成正比,對(duì)于一個(gè)純阻性的負(fù)載來(lái)說(shuō),串?dāng)_電流正比于 dI/dt=dV /(T¬10%-90%*R)。式中的 dI/dt (電流變化速率)、dV(干擾源的擺幅)和 R(干擾源負(fù)載)都是指干擾源的參數(shù)(如果是容性負(fù)載的話,dI/dt 是與 T¬10%-90%的平方成反比的。)。從式中可以看出,低頻的信號(hào)未必比高速信號(hào)的串?dāng)_小。也就是我們說(shuō)的:1KHz 的信號(hào)未必是低速信號(hào),要綜合考慮沿的情況。對(duì)于沿很陡的信號(hào),是包含很多諧波成分的,在各倍頻點(diǎn)都有很大的振幅。因此,在選器件的時(shí)候也要注意一下,不要一味選開(kāi)關(guān)速度快的芯片,不僅成本高,還會(huì)增加串?dāng)_以及 EMC 問(wèn)題。
 
任何相鄰的電源層或其它的平面,只要在信號(hào)兩端有合適的電容提供一個(gè)到 GND 的低電抗通路,那么這個(gè)平面就可以作為這個(gè)信號(hào)的回流平面。在平常的應(yīng)用中,收發(fā)對(duì)應(yīng)的芯片 IO 電源往往是一致的,而且各自的電源與地之間一般都有 0.01-0.1uF 的退耦電容,而這些電容也恰恰在信號(hào)的兩端,所以該電源平面的回流效果是僅次于地平面的。而借用其他的電源平面做回流的話,往往不會(huì)在信號(hào)兩端有到地的低電抗通路。這樣,在相鄰平面感應(yīng)出的電流就會(huì)尋找最近的電容回到地。如果這個(gè)“最近的電容”離始端或終端很遠(yuǎn)的話,這個(gè)回流也要經(jīng)過(guò)“長(zhǎng)途跋涉”才能形成一個(gè)完整的回流通路,而這個(gè)通路也是相鄰信號(hào)的回流通路,這個(gè)相同的回流通路和共地干擾的效果是一樣的,等效為信號(hào)之間的串?dāng)_。
 
對(duì)于一些無(wú)法避免的跨電源分割的情況,可以在跨分割的地方跨接電容或 RC 串聯(lián)構(gòu)成的高通濾波器(如 10 歐電阻串 680p 電容,具體的值要依自己的信號(hào)類型而定,即要提供高頻回流通路,又要隔離相互平面間的低頻串?dāng)_)。這樣可能會(huì)涉及到在電源平面之間加電容的問(wèn)題,似乎有點(diǎn)滑稽,但肯定是有效的。如果一些規(guī)范上不允許的話,可以在分割處兩平面分別引電容到地。
 
對(duì)于借用其它平面做回流的情況,最好能在信號(hào)兩端適當(dāng)增加幾個(gè)小電容到地,提供一個(gè)回流通路。但這種做法往往難以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榻K端附近的表層空間大多都給匹配電阻和芯片的退耦電容占據(jù)了。
 
回流噪聲是參考平面上的噪聲主要的來(lái)源之一。因此有必要研究一下返回電流的路徑和流經(jīng)范圍。
 
回流路徑理論知識(shí)
下圖中是印制板中的一條線路,在導(dǎo)線上有電流通過(guò),通常,我們只看到了敷在表面的用于傳輸信號(hào)的導(dǎo)線,從驅(qū)動(dòng)端到接收端,實(shí)際上,電流總是在環(huán)路上才能流動(dòng),傳輸線是我們可以看到的,而電流回流的途徑通常是不可見(jiàn)的,他們通常借助于地平面和電源平面流回來(lái),由于沒(méi)有物理線路,回路途徑變得難于估計(jì),要對(duì)他們進(jìn)行控制有一定的難度。
 
 
如圖 3.1 所示, PCB 板上每條導(dǎo)線和其回路構(gòu)成一個(gè)電流環(huán)路,根據(jù)電磁輻射原理,當(dāng)突變的電流流過(guò)電路中的導(dǎo)線環(huán)路時(shí),將在空間產(chǎn)生電磁場(chǎng),并對(duì)其他導(dǎo)線造成影響,這就是我們通常所說(shuō)的輻射,為了減少輻射的影響,首先應(yīng)該了解輻射的基本原理和與輻射強(qiáng)度有關(guān)的參數(shù)。
 
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圖 3.1 印制板上的差模輻射
 
這些環(huán)路相當(dāng)于正在工作的小天線,向空間輻射磁場(chǎng)。我們用小環(huán)天線產(chǎn)生的輻射來(lái)模擬它,設(shè)電流為 I,面積為 S 的小環(huán),在自由空間為 r 的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度為:
 
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E――電場(chǎng)(V/m)
f――頻率( )
S――面積( )
I――電流(A)
r――距離(m)
 
――測(cè)量天線與輻射平面的夾角( )
 
式 3.1 適用于放置在自由空間且表面無(wú)反射的小環(huán),實(shí)際上我們的產(chǎn)品是在地面進(jìn)行而非自由空間,附近地面的反射會(huì)使測(cè)得的輻射增加 6dB,考慮到這一點(diǎn),式 3.1 必須乘 2,如果對(duì)地面反射加以修正并假設(shè)為最大輻射方向,則式 3.1 為
 
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由式 3.2 知,輻射與環(huán)路電流和環(huán)面積成正比,與電流頻率的平方成正比。
 
印刷電路板中返回電流的路徑是與電流的頻率密切相關(guān)的。根據(jù)電路基本知識(shí),直流或低頻電流總是流向阻抗最小的方向;而高頻的電流在電阻一定的情況下,總是流向感抗最小的方向。
 
如果不考慮過(guò)孔在敷銅平面上形成的孔、溝的影響,阻抗最小的路徑,也就是低頻電流的路徑,是由地敷銅平面上的弧形線組成,如圖 3.2。每根弧線上的電流的密度與此弧線上的電阻率有關(guān)。
 
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圖 3.2 PCB 敷銅平面上高頻電流路徑
 
對(duì)傳輸線來(lái)說(shuō),感抗最小的返回路徑,也就是高頻電流返回路徑,就在信號(hào)布線的正下方的敷銅平面上,如圖 3.3。這樣的返回路徑使得整個(gè)回路包圍的空間面積最小,也就使得此信號(hào)形成的環(huán)形天線向空間輻射的磁場(chǎng)強(qiáng)度(或接收空間輻射的能力)最小。
 
對(duì)于比較長(zhǎng)、直的布線,可以看作理想的傳輸線。在其上傳播的信號(hào)返回電流流經(jīng)范圍是以信號(hào)布線為中心軸的帶狀區(qū)域,距離信號(hào)布線中心軸距離越遠(yuǎn),電流密度越小,
 
如圖 3.3。這一關(guān)系近似滿足式 3.3 [4]:
 
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式 3.3
 
其中, 為原始信號(hào)電流,單位為“A,安培”;
 
為信號(hào)布線與敷銅平面的距離,單位為“in.,英寸”;
 
為敷銅平面上的點(diǎn)到信號(hào)線的垂直距離,單位為“in.,英寸”;
 
是這一點(diǎn)上的電流密度,單位為“A/in.,安培每英寸”。
 
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圖 3.3 傳輸線返回電流密度分布圖
 
根據(jù)式 3.3,表 3.1 列出了流經(jīng)以傳輸線中心為中心,寬度為 的帶狀區(qū)域內(nèi)的返回電流占所有返回電流的百分比。
 
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假設(shè)英寸,則經(jīng)過(guò)距離傳輸線 0.035 英寸以外的區(qū)域返回的電流只占所有返回電流的 13%,具體分到傳輸線的一側(cè)只有 6.5%,而且密度很小。因此可以忽略不計(jì)。
 
小結(jié)
1.當(dāng)信號(hào)布線下方具有連續(xù)、致密、完整的敷銅平面時(shí),信號(hào)返回電流對(duì)敷銅平面的噪聲干擾是局部的。因此,只要遵循布局、布線局部化的原則,即人為地拉開(kāi)數(shù)字信號(hào)線、數(shù)字器件與模擬信號(hào)線、模擬器件之間的距離到一定程度,可以大幅度降低數(shù)字信號(hào)返回電流對(duì)模擬電路的干擾。
 
2.高頻瞬態(tài)返回電流,經(jīng)由與信號(hào)走線緊鄰的平面(地平面或電源平面)回流到驅(qū)動(dòng)端。驅(qū)動(dòng)器信號(hào)走線的終端負(fù)載,跨接在信號(hào)走線和與信號(hào)走線緊鄰的平面(地平面或電源平面)之間。
 
3.當(dāng)印制板上的電源線和接地線的環(huán)繞區(qū)域越大時(shí),它們的輻射能量也就越大,因此,我們通過(guò)控制回流路徑,可以使得環(huán)繞區(qū)域最小,從而控制輻射程度。
 
4  回流問(wèn)題的解決方法
 
在 PCB 板上引起回流問(wèn)題通常有三個(gè)方面:芯片互連,銅面切割,過(guò)孔跳躍。下面具體對(duì)這些因素進(jìn)行分析。
 
4.1 芯片互連引起的回流問(wèn)題
 
當(dāng)數(shù)字電路工作時(shí),將發(fā)生高、低電壓之間的轉(zhuǎn)換,這就引起瞬態(tài)負(fù)載電流從電源流入電路或由電路流入地線。
 
對(duì)于數(shù)字器件而言,它引腳輸入電阻可以認(rèn)為無(wú)窮大,相當(dāng)于開(kāi)路(即下圖中的 i=0),事實(shí)上,回路電流是通過(guò)芯片與電源和地平面產(chǎn)生的分布電容和分布電感來(lái)返回的。以下以集電極輸出電路作為輸出信號(hào)的內(nèi)部電路為例進(jìn)行分析。
 
4.1.1 驅(qū)動(dòng)端從低電平變化到高電平。
 
當(dāng)輸出信號(hào)由低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí),相當(dāng)于輸出引腳對(duì)傳輸線輸出一個(gè)電流,由于輸入電阻無(wú)窮大,我們認(rèn)為對(duì)于芯片而言,沒(méi)有電流從輸入管腿上流入即 ,那么,這個(gè)電流必須返回到輸出芯片的電源管腿上。
 
①信號(hào)走線與電源平面緊鄰。
 
驅(qū)動(dòng)端對(duì)信號(hào)走線和電源平面及終端負(fù)載構(gòu)成的傳輸線進(jìn)行充電,電流從驅(qū)動(dòng)器的電源管腳進(jìn)入器件,并從驅(qū)動(dòng)器輸出端流向負(fù)載端;
 
高頻瞬態(tài)返回電流在信號(hào)走線下方的電源平面上回流到驅(qū)動(dòng)器的輸出端,返回電流直接通過(guò)電源平面,從驅(qū)動(dòng)器的電源管腳進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器,構(gòu)成電流環(huán)路。
 
②信號(hào)走線與地平面緊鄰。
 
驅(qū)動(dòng)器對(duì)信號(hào)走線和電源平面及終端負(fù)載構(gòu)成的傳輸線進(jìn)行充電,電流從驅(qū)動(dòng)器的電源管腳進(jìn)入器件,并從驅(qū)動(dòng)器輸出端流向負(fù)載端;
 
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高頻瞬態(tài)返回電流在信號(hào)走線下方的地平面上回流到驅(qū)動(dòng)器的輸出端,返回電流必須借助在驅(qū)動(dòng)器輸出端的電源平面和地平面的耦合電容,從地平面跨越到電源平面,再?gòu)尿?qū)動(dòng)器的電源管腳進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器,構(gòu)成電流環(huán)路。
 
4.1.2 驅(qū)動(dòng)端從高電平變化到低電平,相當(dāng)于輸出引腳吸收傳輸線上的電流。
 
① 信號(hào)走線與電源平面緊鄰。
負(fù)載對(duì)信號(hào)走線和電源平面及驅(qū)動(dòng)器輸出端構(gòu)成的傳輸線進(jìn)行放電,電流從驅(qū)動(dòng)器的輸出管腳進(jìn)入器件,從驅(qū)動(dòng)器的地管腳流出,進(jìn)入地平面,并通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器地管腳附近的電源平面和地平面耦合電容,跨越到電源平面,返回負(fù)載端;
高頻瞬態(tài)返回電流在信號(hào)走線下方的電源平面上回流到負(fù)載端,構(gòu)成電流環(huán)路。
 
② 信號(hào)走線與地平面緊鄰。
 
負(fù)載對(duì)信號(hào)走線和電源平面及驅(qū)動(dòng)器輸出端構(gòu)成的傳輸線進(jìn)行放電,電流從驅(qū)動(dòng)器的輸出管腳進(jìn)入器件,從驅(qū)動(dòng)器的地管腳流出,進(jìn)入地平面,返回負(fù)載端;高頻瞬態(tài)返回電流在信號(hào)走線下方的地平面上回流到負(fù)載端,構(gòu)成電流環(huán)路。
 
 圖解數(shù)字電路PCB回流路徑
 
在驅(qū)動(dòng)器的輸出管腳、地管腳附近,應(yīng)當(dāng)布放電源平面和地平面的耦合電容,為返回電流提供返回通路,否則,返回電流將尋找最近的電源平面和地平面的耦合途徑進(jìn)行回流(使得回流途徑難以預(yù)知和控制,從而對(duì)其他走線造成串?dāng)_)。
 
4.2 覆銅切割造成的回流問(wèn)題解決辦法
 
地平面和電源平面可以減少電阻引起的電壓損失。如圖所示,回路電流經(jīng)過(guò)地流回,由于電阻 R1 的存在,勢(shì)必在 1 和 2 點(diǎn)產(chǎn)生電壓降,電阻越大,壓降越大,引起對(duì)地電平的不一致,如果有地層,可視為線寬無(wú)限大,電阻很小的信號(hào)線?;芈冯娏骺偸菑淖羁拷盘?hào)的地層上流過(guò),當(dāng)?shù)貙硬恢挂粚訒r(shí),如果信號(hào)處于兩層地平面之間而兩者又完全相同時(shí),回路電流將等分在兩個(gè)平面上通過(guò)。
 
 圖解數(shù)字電路PCB回流路徑
 
4.2.1.在布局、布線局部化的條件下,數(shù)字地平面與模擬地平面公用同一塊敷銅平面,即對(duì)數(shù)字地與模擬地不加區(qū)分,數(shù)字電路本身的噪聲并不會(huì)給模擬電路系統(tǒng)帶來(lái)額外的噪聲。
 
4.2.2.在數(shù)字、模擬混合電路系統(tǒng)中,數(shù)字地與模擬地的共地點(diǎn)選擇在板外,即兩敷銅平面完全獨(dú)立,使得數(shù)字電路與模擬電路之間的信號(hào)線不具備傳輸線的特征,給系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的信號(hào)完整性問(wèn)題。數(shù)字電路與模擬電路采用同一個(gè)電源系統(tǒng),地平面不加分割,在數(shù)字、模擬混合電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,在布局模塊化、布線局部化的基礎(chǔ)上,數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊公用一個(gè)完整的、不加分割的電壓參考平面,不但不會(huì)增大數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾,由于消除了信號(hào)線“跨溝”問(wèn)題,能夠大幅度降低信號(hào)間的串?dāng)_和系統(tǒng)的地彈噪聲,提高了前端模擬電路的精度。
 
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4.3 過(guò)孔造成的回流問(wèn)題解決辦法
在印制板信號(hào)布線時(shí),如果是多層板,很多信號(hào)必須通過(guò)換層來(lái)完成連接任務(wù),這時(shí)就要用到大量的過(guò)孔,過(guò)孔對(duì)回流的影響有兩種:一是過(guò)孔形成溝槽阻斷回流,二是過(guò)孔造成的回流跳層流動(dòng)。
 
4.3.1.過(guò)孔形成的溝槽
 
在印制板信號(hào)布線時(shí),如果是多層板,很多信號(hào)必須通過(guò)換層來(lái)完成連接任務(wù),這時(shí)就要用到大量的過(guò)孔,如果過(guò)孔在電源或地平面排列比較密集,有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)許多過(guò)孔連成一片的情況,形成所謂的溝,如圖所示。首先,我們應(yīng)該對(duì)這種情況進(jìn)行分析,看看是否回流需要經(jīng)過(guò)溝槽,如果信號(hào)的回流無(wú)需經(jīng)過(guò)溝槽,就不會(huì)對(duì)回流造成阻礙影響。如果回路電路要繞過(guò)這條溝返回,形成的天線效應(yīng)將急劇增加,對(duì)周邊信號(hào)產(chǎn)生干擾。通常我們可以在涂敷數(shù)據(jù)生成后,對(duì)過(guò)孔過(guò)密而形成溝槽的地方加以調(diào)整,使過(guò)孔之間留有一定的距離。
 
 圖解數(shù)字電路PCB回流路徑
 
4.3.2.過(guò)孔形成的跳層現(xiàn)象
下面我們以六層板為例進(jìn)行分析。該六層板有兩個(gè)涂敷層,第二層為地層,第五層為電源層,因此表層和第三層的信號(hào)回流主要在地層;底層和第四層的回流主要在電源層,換層布線時(shí)有以下六種可能:表層<----->第三層,表層<----->第四層,表層<----->底層,第三層<----->第四層, 第三層<----->底層,第四層<----->底層,這六種可能的情況根據(jù)其回路電流的情況可以分為兩大類:回路電流在同一層上和在不同層上流動(dòng)的情況,即是否有跳層現(xiàn)象。
 
 
A.回路電流在同一層上流動(dòng)的情況包括表層<----->第三層、第四層<----->底層,如圖所示。在這種情況下,回路電流都在同一層上流動(dòng),但是,由靜電感應(yīng)原理可知,處于電場(chǎng)中的完整的導(dǎo)體,其內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零,所有的電流均在導(dǎo)體表面流動(dòng),地平面和電源平面實(shí)際上就是這樣一個(gè)導(dǎo)體。我們使用的過(guò)孔均為通孔,這些過(guò)孔經(jīng)過(guò)電源和地平面時(shí)留下的孔洞就給涂敷層上下表面的電流的流通通過(guò)了路徑,因此,這些信號(hào)線的回流途徑是很好的,無(wú)需采用措施來(lái)改善。
 
 圖解數(shù)字電路PCB回流路徑
 
B.  回路電流在不同層上流動(dòng)的情況包括表層<----->第四層、表層<----->底層、第三層<----->第四層、第三層<----->底層。下面以表層<----->底層和第三層<----->第四層為例,分析其回流情況。具有跳層現(xiàn)象的信號(hào),需要其在過(guò)孔密集區(qū)附近增加一些旁路電容,通常為 0.1uf 的磁片電容,用來(lái)提供一個(gè)回流通路的。
 
 
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