emi&emc設(shè)計(jì)(6)多層通孔和分離平面的概念

1、EMIEMC講座講座(六)多層通孔和分離平面的概念多層通孔和分離平面的概念在走線路徑上使用通孔（via），是任何高速傳輸技術(shù)極關(guān)切的課題，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生電磁干擾和串音。此外，在分離的平面之間，絕不能發(fā)生互相重迭（overlay），這是PCB電路設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問題之一。本文將介紹多層通孔、跳接、接地走線的概念及其之間關(guān)系，與各種分離平面的布線技巧，并說明可隔離電源和接電平面的鐵粉芯（ferrite）材質(zhì)之效能特性。多層通孔多層通孔當(dāng)要將頻率

2、（clock）訊號(hào)或高威脅性訊號(hào)由來源端繞線（routing）至負(fù)載端時(shí)，通常會(huì)經(jīng)過走線（trace）到達(dá)一個(gè)繞線平面（routingplane），例如：X軸，然后經(jīng)過相同的走線到達(dá)另一個(gè)平面例如：Y軸。而且假設(shè)每一個(gè)走線是與一個(gè)射頻回傳路徑（RFreturnpath）緊鄰，則沿著全部的走線路徑，就可以與共模射頻電流（commonmodeRFcurrent）緊密耦合。不過，在實(shí)務(wù)上，這種假設(shè)只有一部份是正確的。當(dāng)一個(gè)訊號(hào)走線從一電路層跳

3、至另一電路層時(shí)，射頻回傳電流應(yīng)該沿著走線路徑流動(dòng)。當(dāng)一個(gè)走線在兩個(gè)平面結(jié)構(gòu)之間，穿過一個(gè)PCB時(shí)，通常會(huì)將它們視為電源平面和接地平面，或者說這兩個(gè)平面具有相同的電位，而回傳電流在這兩個(gè)平面之間共享?；貍麟娏魑ㄒ豢梢栽谶@兩個(gè)平面之間跳接（jump），是在去耦合電容的位置上。如果這兩個(gè)平面具有相同的電位，例如：0V（參考電壓），則射頻回傳電流將會(huì)在連接兩平面的通孔處發(fā)生跳接，而此通孔是供給一個(gè)組件使用。當(dāng)從一個(gè)水平層跳接至一個(gè)垂直層，射頻回

4、傳電流是無法完全如此跳接的。這是因?yàn)樵谧呔€路徑上，有一個(gè)「不連續(xù)（discontinuity）」，那就是通孔?；貍麟娏鳜F(xiàn)在必須尋找桓鎏媧牡偷綹校ㄗ榪梗┞肪?，茬此才能完硞材涣d貳Ｕ飧鎏媧肪犢贍懿輝諭著員擼峁諮逗拋咴諳叩納淦檔緦骺贍芑狁詈現(xiàn)療淥緶分?，并铂铂铂掺（crosstalk）和電磁干擾的問題。下列的設(shè)計(jì)技巧，能夠有效地減少因?yàn)殡娐穼又g的跳接所產(chǎn)生的串音和電磁干擾問題：1.首先，只在一個(gè)繞線層對(duì)所有的頻率訊號(hào)和高威脅性

5、訊號(hào)做繞線，也就是說：X軸和Y軸回路都是在相同的平面上。PCB電路設(shè)計(jì)者可能會(huì)放棄這個(gè)技巧，因?yàn)樗鼛缀鯚o法支持「自動(dòng)繞線（autouting）」。2.一個(gè)固定的射頻回傳路徑必須緊鄰繞線層。而且，不因?yàn)槭褂猛谆蜃呔€跳接到另一個(gè)繞線平面，而造成回路不連續(xù)。如果必須在水平和垂直的繞線平面之間，使用一個(gè)通孔來繞線，設(shè)計(jì)者必須在每一個(gè)通孔位置使用接地通孔（率先將接地通孔應(yīng)用到PCB的人是W.MichaelKing），訊號(hào)軸是在這些位置上跳接的。

6、接地通孔的電位永遠(yuǎn)是0V。接地通孔是直接與每個(gè)訊號(hào)回路通孔相鄰，從水平平面繞至垂直平面。只有當(dāng)PCB內(nèi)部具有一個(gè)以上的0V參考平面時(shí)，才能使用接地通孔。這個(gè)通孔和所有的接地平面（0V參考電壓）連接，成為訊號(hào)跳接電流的射頻回傳路徑。本質(zhì)上，這個(gè)通孔和0V參考平面結(jié)合在一起，并和訊號(hào)走線的位置相鄰并行。當(dāng)分開。例如：將模擬電路和數(shù)字邏輯分開、IO互連電路的隔離、不同參考電壓的分割（例如：將5V區(qū)域和48V區(qū)域分割）、組件的隔離，但這些都需要

7、射頻回傳路徑。經(jīng)定義好的射頻回傳路徑可以被比喻為一個(gè)道路路線圖，射頻回傳電流只在已經(jīng)定義好的路徑上流動(dòng)。如果在一個(gè)平面上發(fā)生重迭，則必須在重迭的區(qū)域之間使用電容（大小是有限值）。如附圖三所示，C1允許射頻能量（是一個(gè)交流波形），穿過一個(gè)噪聲平面，到達(dá)一個(gè)分開的、隔離的、安靜的平面，這是很糟糕的設(shè)計(jì)。這些平面的直流電壓是不變的，因?yàn)樵谶@些平面之間，有使用濾波器來傳遞直流電壓。圖三：各種不同的分離平面如果需要隔離特定的高頻電路，可以使用「鐵

8、粉芯導(dǎo)線（ferritebeadonlead）」，而不是電感，來隔離電源平面，或?qū)㈦娫雌矫婧徒拥仄矫娓綦x。不過，使用這種方法時(shí)，必須很小心。如果兩平面都包含了高頻的射頻噪聲，則通常要將電源平面和接地平面隔離。如果數(shù)字區(qū)域和模擬區(qū)域都需要一個(gè)共同的接地平面，而且需要模擬電源，則只能使用鐵粉芯導(dǎo)線來銜接分割的電源平面。當(dāng)PCB內(nèi)出現(xiàn)分離平面（splitplane）時(shí)，共同的接地平面必須直接位于離散濾波組件下方。所有訊號(hào)走線必須緊鄰此接地平面