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EMC設(shè)計(jì)中信號(hào)回流的重要性

日期:2025-04-28 19:37
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摘要: 任何注入到系統(tǒng)中的電流*終都要回到源端。因此,信號(hào)不僅僅是在信號(hào)線上傳播,同時(shí)也是在參考平面上傳播,如下圖所示。所以保持參考平面的完整和低阻抗,與保持信號(hào)線的完整和低阻抗對(duì)系統(tǒng)同樣重要。 ? 1 信號(hào)在信號(hào)線和參考平面上傳送 在傳統(tǒng)的低速設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)中的回路電流沿著*小的電阻路徑回流,而在高速系統(tǒng)中,電流沿著*小的阻抗回路回流。在高頻下,回路的電感表現(xiàn)出的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其本身的電阻值,因此*小阻抗路徑也就是*小電感的路徑。通常情況下,*小電感的路徑就在信號(hào)線的正下方,如下圖: ? 2 高頻...
   任何注入到系統(tǒng)中的電流*終都要回到源端。因此,信號(hào)不僅僅是在信號(hào)線上傳播,同時(shí)也是在參考平面上傳播,如下圖所示。所以保持參考平面的完整和低阻抗,與保持信號(hào)線的完整和低阻抗對(duì)系統(tǒng)同樣重要。

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信號(hào)在信號(hào)線和參考平面上傳送
在傳統(tǒng)的低速設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)中的回路電流沿著*小的電阻路徑回流,而在高速系統(tǒng)中,電流沿著*小的阻抗回路回流。在高頻下,回路的電感表現(xiàn)出的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其本身的電阻值,因此*小阻抗路徑也就是*小電感的路徑。通常情況下,*小電感的路徑就在信號(hào)線的正下方,如下圖:
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高頻回流電流沿*小電感路徑回流
我們把提供給信號(hào)線回路電流的媒介稱作參考平面。在實(shí)際系統(tǒng)中,參考平面可以用VCC,也可以用GND,重要的一點(diǎn)是要保證參考平面的連續(xù)性。一對(duì)差分信號(hào)之間可以互為參考,它們對(duì)參考平面的依賴沒(méi)有那么強(qiáng)。
如果在PCB上,信號(hào)的參考平面出現(xiàn)較大的不連續(xù)區(qū)域,如一條溝壑,那么在這個(gè)溝壑處,信號(hào)的回路電流無(wú)法通過(guò)緊貼信號(hào)走線線面的路徑傳送,而是必須繞開(kāi)這個(gè)溝壑。這樣就給回流路徑增加了感抗,使得接收端信號(hào)的高頻分量衰減嚴(yán)重,甚至出現(xiàn)臺(tái)階。如下圖:
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回路不連續(xù)
在設(shè)計(jì)中盡量不要讓信號(hào)的回路中存在溝壑,如果溝壑是不可避免的,可以在溝壑的兩端放置一些去耦電容,構(gòu)成一個(gè)跨越溝壑的交流通路,提供給高速的回路電流。
另一種常見(jiàn)的回路不連續(xù)的情況是信號(hào)在不同參考平面之間切換,同樣會(huì)給電源系統(tǒng)引入噪聲。下圖所示為4層PCB結(jié)構(gòu),信號(hào)首先在**層傳輸,然后通過(guò)一個(gè)過(guò)孔轉(zhuǎn)到第四層繼續(xù)傳輸,**層和第三層為參考平面。當(dāng)信號(hào)在**層時(shí),回路電流在信號(hào)路徑對(duì)面的參考層**層傳播,當(dāng)信號(hào)在第四層時(shí),回路電流同樣在信號(hào)路徑對(duì)面的參考層第三層傳輸。那么當(dāng)信號(hào)穿過(guò)信號(hào)過(guò)孔時(shí),回路電流如何從第三層傳到**層呢?
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信號(hào)切換參考平面
如果參考平面之間沒(méi)有直流通路,回路電流只能通過(guò)兩個(gè)平面之間的容性耦合傳遞。在下圖中,我們可以清楚的看到回路電流是如何從第三層耦合到**層的。
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 回路電流通過(guò)平面之間的容性耦合傳遞
由于平面之間的耦合程度有限,回路電流在躍遷過(guò)程中,將遇到較大的阻抗。因此回路電流在這里將在兩個(gè)平面上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)噪聲,傳播到系統(tǒng)的其他地方。由于這個(gè)噪聲非常類似于地彈噪聲,因此又將其稱為回路地彈。那么,如何減小回路地彈噪聲呢?
如果這兩個(gè)平面具有同樣的電勢(shì),例如它們都是地平面,那么*直接有效的方法就是在信號(hào)過(guò)孔附近加上幾個(gè)地過(guò)孔,直接連接兩個(gè)平面,如下圖所示,使回路電流就近通過(guò)這幾個(gè)過(guò)孔,保持回路的連續(xù)性。
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 利用地過(guò)孔減小回路電感
如果這兩個(gè)平面的電勢(shì)不一樣,例如一個(gè)是VCC,另一個(gè)是GND,那么要減弱這個(gè)回路地彈噪聲對(duì)電源系統(tǒng)造成的影響,兩個(gè)平面之間增加一些去耦電容,為回路電流提供一個(gè)低阻抗的瞬態(tài)交流回路。

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