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多层电路板之间返回电流与通孔的关系分析

  在多层板中,由于不止一个地平面,我们一定要仔细考虑返回地电流从哪里回流问题。
  图5.2举例说明了返回电流流向的基本原则:高带返回信号电流沿着最小的电感路径前进。
  如果我们设想图5.2中的地平面多于一个,对于哪个地平面承载返回信号电源,就会有一个选择问题。这个难题的解决办法是:返回信号电流在最靠近信号线的地平面上,直接沿着信号走线下面的一条路径。
  仍然参考图5.2,让门电路A的地线引脚穿透所有的地平面,与每个地平面相连。对电阻B做同样的接地。如图所示,距离信号走线最近的地平面承载了所有的返回信号电流。
  现在高速信号走线路径,选择两个内层地之间进行走线。现在两个内层地分担返回电流,大部分返回电流流经最靠近的地层。
  因为门电路A和电阻B与每个地平面都有连接,返回信号电流可以很容易地流到内层、对地层进行高速后的路径,其电感与最初路径的电感相近,因为它们有相似的拓扑。
  接下来,我们将找出电感和电磁辐射之间的联系。我们知道,电感相等时两条路径产生的总磁通量也相等。因此可以得出结论,两种结构的电磁辐射将是相等的。
  这个联系的一个有趣结果是,内层走线的辐射小于或不大于外层走线的辐射。对于造近板子边沿的走线,这是非常正确的。由于地平面平行于磁通量产生的轴线,因此几乎没有磁性屏蔽。
  现在,让我们给这个基本电路进行一些较差的修改。从A到B的走线,一半走线沿着顶层。然后通过一个通孔进到内层。从两个地平面之间的内层走完到B的线路。返回地电流从哪里流呢?
  在信号从一层跳到另一层的这个点,返回信号电流没有跳跃的路径!除了位置A和B。我们没有提供地平面之间的连接、因此返回地电流的路径必须不同于紧贴着信号走线的路径,其中肯定比最初的路径包括了更多的电感,我们发现一个规律,即无限制地使用通孔会产生额外的电磁干扰。不仅产生了更多辐射,而且由于改变了返回信号电流预期的路径,还将产生更多的串扰。
  应该记住,对于返回信号电流的平面跳跃问题,有许多解决办法,这里按其效果递减依次列出。
  1、合理安排板子,使高速走线的返回电流不在平面之间跳跃。这可以通过限制每条走线从一开始就保持在同一层上来实现。
  2、限制走线,使它一开始就保持在离地平面最近的一面上。这条规则允许使用正常的水平和垂直走线层对的方法。它的效果几乎和第1种方法一样。
  3、在每个信号通孔旁边提供接地通孔,这样做的目的很明确,就是为了让返回电流在平面之间跳跃。
  4、确保到处都有许多接地通孔。无论一个信号通孔在哪里,它的返回电流将不用转移很远去找一个地方跃层。
  不要使用保护走线提供一条邻近的返回电流路径。这种思路从理论上讲不错,但在实践中没有效果。首先,除非距离信号线非常近,否则保护走线不起任何作用。
  其次,一旦保护走线被布得足够接近,可以作为一条有效的地返回路径,其距离已经足够破坏走线的阻抗了。
  第三个原因是,在没有其他改变情况下,为了提供足够低的阻抗,保护走线一定要非常、非常宽。
  在指定了使用一个完整地平面后,保护走线除了引起麻烦之外没有任何用处。