今天繼續PCB層疊EMC知識的分享，看看我們的版主老師今天會跟大家解惑什麼“疑難雜症”，小本本準備，分享即將開始！
確定最佳印刷電路板佈局的關鍵之一是瞭解信號返回電流的實際流動方式和方向，大多數設計人員只考慮信號電流的流向(顯然是在信號跡線上)，而忽略了返回電流所經過的路徑。
為了解決上述問題，我們必須瞭解高頻電流是如何在導體中流動的。
首先，最低阻抗的返回路徑是在信號跡線正下方的平面上(不管這是電源還是地平面)，因為這提供了最低的電感路徑，這也產生了最小的電流環路面積可能。
其次，由於“集膚效應”，高頻電流不能穿透導體，因此高頻時導體中的所有電流都是表面電流。
這種影響將發生在所有頻率超過30MHz的1盎司銅層，因此，PCB中的平面實際上是兩個導體而不是一個導體。
在平面的上表面會有電流，在平面的下表面會有不同的電流或者根本沒有電流。
當現有返回路徑出現不連續時，就會出現嚴重的EMC問題。這些不連續性導致迴流電流在更大的迴路中流動，從而增加了電路板的輻射，增加了相鄰線路之間的串擾，造成波形失真。
此外，在恆阻抗pcb板中，返回路徑的不連續性會改變線路的特性阻抗。
下面討論最常見的返回路徑不連續。
地面/電源平面的開槽。當一根跡線通過相鄰電源或接地線面上的槽時，為了繞過槽返回電流從跡線的下方轉向，這使得它流經更大的環路。槽越長，環路面積越大。
關於地面上的開槽，我能說的最重要的一點就是不要它們！如果你有開槽，確保在相鄰的層上沒有跡線跨過它們。
如果你一定要跨過電源或地平面上的槽來傳送信號，則在槽上放幾個小的縫補電容，在線的兩邊各放一個(0.001或0.01 uF就足夠了)。這將為返回電流跨過槽提供高頻連續性，為了保證效果電容應該位於跡線0.1”的距離以內。
分割的地/電源平面。當跡線穿過相鄰平面上的分割線時，如下面所示的4層板示例，返回的當前路徑將被中斷。
電流必須找到另一種方式跨過分割槽，這迫使它在一個更大的環路中流動。
在上面的示例中迴流將通過最近的去耦電容走到實體的地平面，然後在分割槽的另一邊迴流必須找到另一個去耦電容以回到與跡線相鄰的電源平面。
電源平面和地平面之間的平面間電容太小，除非在頻率大大超過500MHz的情況下才有效，解決這一問題的最佳方案是避免關鍵信號跨分割。
在上面的例子中，信號應該在底層信號層上進行佈線，因為底層信號層與實地平面相鄰。
如果信號線必須跨平面分割，在分割平面上放置幾個小的縫補電容，在跡線的兩邊各放一個。這將為跨分割提供高頻連續性，同時保持兩個分割平面之間的直流隔離。電容器應位於離跡線0.1”以內，並根據信號的頻率取值0.001到0.01 uF。
然而，這遠遠不是一個理想的解決方案。因為返回電流現在必須通過一個via、一個trace、一個安裝焊盤、一個電容、一個安裝焊盤、一個trace，最後一個via到另一個分割面。這在返回路徑增加了相當大的額外電感 (最小5至10 nH)。
如果在上面的例子中電源平面和地平面都分割了，你就真的有麻煩了，把電流如何通過分割平面邊界的問題留給你們去解決。
在某些情況下，它可能會徑直回到電源。如果你有一個分割的電源平面和分割的地平面唯一可接受的解決方案可能是確保沒有信號跡線跨越分割的平面邊界。
換參考平面。當一個信號跡線在PCB上從一個層換到另一個層時，由於返回電流也必須改變參考平面(見下面右圖)，所以返回電流路徑被中斷。
問題就變成了返回電流如何從一個平面到達另一個平面？
就像上面提到的分割平面一樣，平面間電容通常不會大到足以產生作用，所以為了換參考面，迴流電流必須流經最近的去耦電容。這顯然增加了環路面積，由於前面所述的所有原因這是不可取的。
解決這個問題的一個辦法是儘量避免關鍵信號(如時鐘)換參考平面。如果你必須從一個電源平面切換到一個接地平面，你應該靠近信號過孔放置一個額外的去耦電容，以為信號迴流在兩個平面之間提供一個高頻電流路徑。
然而這依然不是一個理想的解決方案。因為現在的迴流電流必須通過一個過孔、一段走線、一個安裝焊盤、一個電容、一個安裝焊盤，一段走線，最後一個過孔到另一個平面。這在返回路徑增加了相當大的額外電感(通常5到10 nH)。
注意：如果兩個參考平面是同一類型的(兩個電源，或兩個接地)，您可以在緊鄰信號過孔處放置一個過孔(接地到地或電源到電源)，而不是一個電容。這是一個比使用電容更好的把兩個平面連接在一起的解決方案，因為在返回路徑增加的電感將大大減少。
參考同一平面的頂層和底層。當一個信號換層，並先參考同一平面的頂層然後參考底層時，我們仍然要問返回電流是如何從平面的頂層到底層的。由於“集膚效應”電流不能穿透平面，它只能在平面的表面流動。
為了打一個信號過孔穿過一個平面，必須在平面上提供一個間隙孔，否則信號將被短路到參考平面。間隙孔提供了一個連接平面頂層和底層的表面，並提供了一個迴流電流從平面頂層流向平面底層的路徑(見上面左圖)。
因此，當一個信號通過一個過孔並繼續在同一平面的另一側走線時，返回電流不連續性不存在。因此，如果必須使用兩個走線層，這是布關鍵信號的首選方法。
總結
高速時鐘和其它關鍵信號應按下面規則佈線（按優先順序）：
1、與平面相鄰的層佈線；
2、與同一平面相鄰的兩層佈線；
3、在與同一類型的兩個獨立平面(接地或電源)相鄰的兩層上佈線，並且在信號換參考面的地方用過孔將兩個平面連接起來；
4、在與兩個不同類型的獨立平面(地面和電源)相鄰的兩層上佈線，並且在信號換參考面的地方用電容將兩個平面連接起來。
避免時鐘或其它關鍵信號跨相鄰平面的槽或分割。上述準則對所有承載高頻信號的pcb都很重要，但對於具有恆定阻抗傳輸線的電路板來說則是非常重要的。
如果遵循本系列文章中關於層疊和避免返回電流不連續的指導原則， 將生產出更好的pcb，並避免與電路板相關的許多最常見的EMC問題。它不會向你保證是一個完美的PCB 佈局，因為它離減少發射、提高抗擾度和改善電路板信號質量還有一段很長的路要走。
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