emi-emc设计(六)多层通孔和分离平面的概念

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1、EMI/EMC讲座(六)多层通孔和分离平面的概念摘抄2010-01-0711:04:55阅读26评论0字号：大中小在走线路径上使用通孔（via），是任何高速传输技术极关切的课题，因为它会产生电磁干扰和串音。此外，在分离的平面之间，绝不能发生互相重迭（overlay），这是PCB电路设计者最关心的问题之一。本文将介绍多层通孔、跳接、接地走线的概念及其之间关系，与各种分离平面的布线技巧，并说明可隔离电源和接电平面的铁粉芯（ferrite）材质之效能特性。多层通孔当要将频率（clock）讯号或高威胁性讯号由来源端绕线（routing）至负载端时，通常会经过走线（trace

2、）到达一个绕线平面（routingplane），例如：X轴，然后经过相同的走线到达另一个平面----例如：Y轴。而且假设每一个走线是与一个射频回传路径（RFreturnpath）紧邻，则沿着全部的走线路径，就可以与共模射频电流（common-modeRFcurrent）紧密耦合。不过，在实务上，这种假设只有一部份是正确的。当一个讯号走线从一电路层跳至另一电路层时，射频回传电流应该沿着走线路径流动。当一个走线在两个平面结构之间，穿过一个PCB时，通常会将它们视为电源平面和接地平面，或者说这两个平面具有相同的电位，而回传电流在这两个平面之间共享。回传电流唯一可以在这两个

3、平面之间跳接（jump），是在去耦合电容的位置上。如果这两个平面具有相同的电位，例如：0V（参考电压），则射频回传电流将会在连接两平面的通孔处发生跳接，而此通孔是供给一个组件使用。当从一个水平层跳接至一个垂直层，射频回传电流是无法完全如此跳接的。这是因为在走线路径上，有一个「不连续（discontinuity）」，那就是通孔。回传电流现在必须寻找一个替代的低电感（阻抗）路径，如此才能完成它的回路。这个替代路径可能不在通孔旁边，结果，在讯号走在线的射频电流可能会耦合至其它电路中，并产生串音（crosstalk）和电磁干扰的问题。下列的设计技巧，能够有效地减少因为电路层

4、之间的跳接所产生的串音和电磁干扰问题：1首先，只在一个绕线层对所有的频率讯号和高威胁性讯号做绕线，也就是说：X轴和Y轴回路都是在相同的平面上。PCB电路设计者可能会放弃这个技巧，因为它几乎无法支持「自动绕线（autorouting）」。2一个固定的射频回传路径必须紧邻绕线层。而且，不因为使用通孔或走线跳接到另一个绕线平面，而造成回路不连续。如果必须在水平和垂直的绕线平面之间，使用一个通孔来绕线，设计者必须在每一个通孔位置使用接地通孔（率先将接地通孔应用到PCB的人是W.MichaelKing），讯号轴是在这些位置上跳接的。接地通孔的电位永远是0V。接地通孔是直接与每

5、个讯号回路通孔相邻，从水平平面绕至垂直平面。只有当PCB内部具有一个以上的0V参考平面时，才能使用接地通孔。这个通孔和所有的接地平面（0V参考电压）连接，成为讯号跳接电流的射频回传路径。本质上，这个通孔和0V参考平面结合在一起，并和讯号走线的位置相邻并行。当每一个讯号走线的通孔使用两个接地通孔时，将会有一个连续的射频回传路径存在，射频回传电流会在它上面流动。这个接地通孔将维持一个固定的射频回传路径（经由映像平面），与讯号回路完全相邻。当只存在一个0V参考（接地）平面，而且替代平面的电压是一般PCB四层板常使用的值时，会发生什么事呢？为了维持一个固定的射频回传路径，此

6、时，0V参考平面必须充当为主要的回传路径。讯号走线必须穿过这个0V参考平面。当走线必须穿过电源平面时，就必须使用接地走线；在接地走线的两端使用通孔，与讯号走线平行，穿过电源平面，与0V参考平面连接。使用这种方法，就可以维持一个固定的射频回传路径。如附图一所示。图一：PCB四层板的接地走线之绕线当必须在电路层之间跳接时，要如何才能减少使用接地通孔呢？在正确的PCB电路设计中，最优先的是频率讯号的绕线，它是属于「人工绕线」。在对这些优先的少数走线（例如：所有的频率讯号和高威胁性讯号）做绕线时，PCB电路设计者的选择是比较多的，他们可以使用最短的走线距离（shortest

7、Manhattanlength）来绕线，使跳接位置紧邻组件的接地通孔。此跳接将共享该组件的接地脚位之通孔。对这组件而言，此接地通孔将提供0V参考电压，并允许射频回传电流产生一个跳接。如附图二所示。图二：优先的少数走线之人工绕线范例分离平面当使用多层板的PCB时，位于同一平面上的电源平面和接地平面有时会被分开。例如：将模拟电路和数字逻辑分开、I/O互连电路的隔离、不同参考电压的分割（例如：将+5V区域和-48V区域分割）、组件的隔离，但这些都需要射频回传路径。经定义好的射频回传路径可以被比喻为一个道路路线图，射频回传电流只在已经定义好的路径上流动。如果在一个平面上