PCB信号回流地孔的使用问题

使用网络扩展器解决信号覆盖问题：将扩展器放置在信号弱的地方，增加无线信号范围。 #生活技巧# #数码产品使用技巧# #网络设备设置教程#

        这是一个老生常谈的问题，即便如此，工作、学习交流中，小编仍然经常需要去解答相关的提问，关于其使用的话题更是经久不衰，往往能引发工程师们激烈而又长久的讨论，大家各执一词，争得面红耳赤，最终，也只能各退一步，在协商和妥协中，取得性能和设计的平衡，因此，关于回流地孔的使用问题，小编一直认为是一个开放式的话题，与其他很多的SIPI问题相类似，其并没有一个约定俗成或者普适的固定设计原则，只有在充分了解其对应的设计环境的需求之后，才能在与设计者的沟通中找出解决问题的关键，因此，对于为何要使用回流地孔，就必须要有清晰的认识。

        决定最佳高速PCB布局布线的关键因素之一是理解信号返回电流实际上是如何流动以及在哪里流动，如下图所示，有别于低频信号，高频时，最低阻抗的返回路径是在信号迹线正下方的平面上，因为它提供了最小的电感路径，同时这样产生的环路面积也最小。

        当回流路径不连续时，导致返回电流在大回路中流动，从而增加了接地电感和电路板的辐射，同时增加了相邻迹线间的串扰，并导致波形失真，除此之外，不连续性也会改变迹线的特征阻抗并且产生反射。 因此，信号迹线换层，导致返回电流改变参考平面，这是导致信号流动不连续性最常见的一种情况，这个时候，平面导通孔（即回流地孔）的使用就显得尤为重要。

        利用CST强大的3D建模能力，可以轻松构建不同的走线堆叠结构用于设计评估，如下图所示，为构建的一个四层微带差分线结构，表底层走线以通孔相连接，通孔为中空孔（以空气为介质进行填充），接下来，将从平面电场辐射和无源参数两个角度，来评估回流地孔的使用所带来的性能变化。

        中心工作频率为10GHz时： 

        首先，通过仿真观察可以发现，没有回流地孔时的平面电场辐射强度很大、能量扩散的范围几乎可以占据整个平面，可想而知，其带来的信号串扰和板边辐射量将是非常可观的；

        然后，当对称添加了两个回流地孔之后，情况已经得到明显的改善，虽然仍然有辐射量，但是，量级已经得到了极大地削减； 

        最后， 当回流地孔的数量增加到6个时，辐射情况几乎观察不到，这说明，信号的高频能量已经被很好的约束在换层孔的周边极小地区域内；

        如果辐射分布并不是一个常规的分析手段，通过无源参数，则可以更为直观地评价这一变化；

        如下图所示，从插入损耗的效果来看，没有回流地孔时，损耗曲线看起来是符合要求的（绿色曲线），这点往往带有迷惑性，但其实，其锯齿状的分布效果已经说明存在问题，使用地孔后，虽然在12GHz处出现了明显的损耗跌落（由过孔的分布参数所带来的谐振现象），但曲线的整体趋势则显得更为平滑；

        回波损耗的曲线表现形式进一步说明了此问题，不加回流地孔时，波形上会出现异常的突变（红色曲线），而随着地孔的使用，曲线会变得更为平滑；

        无源参数的这种表现形式，经常会对工程师的设计判断产生误导，因为，大部分的工程师只是单纯地认为，S参数的性能只要没有超标就是合理的，而实际上，对于EMI和SI的效果，任何的曲线异常都有可能带来灾难性的结果，因此一定要谨慎。

        文章最后，需要明确的一点，回流过孔的合理使用，往往是为保证阻抗的连续性，并在高频段获得更低的辐射效果，有了这点认知，在接下来的设计“谈判”中，才能找到突破口，从而寻求合理地设计优化。

网址：PCB信号回流地孔的使用问题 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/609416

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