PCB参考平面上的缝要小心

原创 加油射频工程师 2022-11-15 12:40

在绘制PCB时,需要很注意一点,就是不要整个操作,把微带线本身的回流路径给破坏了。


虽然,有时候我们想对信号的回流做个限制,比如分割个地呀,什么的。

但是,有时候回流并不是那么听话,你想让她去哪,她就去哪。

她也许瞅见一条近道,然后嗖的一下,就过去了。


当你给回流一个实体平面时,回流分布会尽可能的靠近迹线,从而使整体阻抗最小。


所以,我们在画PCB的时候,要避免走线下方的参考平面中有缝,孔啊什么的。

因为,在实际的多层PCB设计时,无法避免的要用过孔来连接层间的信号,所以对这个孔的位置,还是要多加注意,不要不小心就放在了信号线的旁边。


还有参考平面上的槽和间隙,能避免,就避免。

因为确实会引入相当大的 EMI 和信号完整性问题。

当微带线下方的参考平面上有间隙时,平面的不连续性会阻碍返回电流路径,从而迫使返回电流在更大的回路中流动。


而且,通孔离微带线太近或者微带线下方的参考平面上有间隙,这都会增加信号回流路径的阻抗。从信号完整性的角度来看,在返回电流路径中阻抗增加等同于在信号迹线中阻抗增加。

间隙使得返回路径不连续性,改变了信号线的特性阻抗,从而导致信号波形的反射和失真,并再次导致更高的 EMI 和信号完整性的降低。


不要把这种回流路径,当成看不见摸不着的东西,其实,有间隙的参考平面中的返回路径可以很容易地通过实验证明 。

如下图所示所示的测试板。

该板由两根铜线组成,长约 12 厘米,从 BNC 连接器引出并用胶带固定到电路板上,与参考平面形成50 ohm传输线。

导体由右侧的 47 个电阻端接。底部的铜线下方,为完整的参考平面,而顶部的铜线下方,有 5 厘米长的间隙。


使用 5 至 50 MHz 方波振荡器作为信号源。然后再用一个小型磁环探头,如下图所示,将其输出连接到示波器,用于追踪电路板上的信号电流路径。 

 下图描述了测试板上测量环路输出的四个位置和方向:

1. 位置 A,水平且与穿过参考平面间隙的信号线相邻

2. 位置 B,水平,在参考平面中的间隙末端

3. 位置 C,垂直于参考平面中间隙的左侧

4. 位置 D,垂直于参考平面中间隙的右侧


下图为各位置处的环路探头输出的波形图。


上图说明在参考平面中流动的信号返回电流被分流到间隙的边缘,从而与信号线形成了更大的信号电流回路区域。这个较大的环路面积增加了总环路电感,因此增加了参考平面上的射频压降。

这样呢,就更容易影响别人,比如说PCB辐射增加,信号更容易耦合到相邻迹线上去;也更容易影响别人,比如说更容易接收到外界的干扰信号,也更容易耦合到相邻迹线的信号。


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