2019高速pcb中的信号回流及跨分割.doc
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4、溉扦吃窝码高速PCB中的信号回流及跨分割 这里简单构造了一个“场景”,结合下图介绍一下地回流和电源回流以及一些跨分割问题。为方便作图,把层间距放大。 IC1为信号输出端,IC2为信号输入端(为简化PCB模型,假定接收端内含下接电阻)第三层为地层。IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。顶层右上角为一块电源平面,接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容。图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。 在低频时,如果S1端输出高电平,整个电流回路是电源经导线接到VCC电源平面,然后经橙色路径进入IC1,然后从S1端出来,沿第二层的导线经R1端进入IC2,然后进入GND层,
5、经红色路径回到电源负极。 但在高频时,PCB所呈现的分布特性会对信号产生很大影响。我们常说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题。当S1到R1的信号线中有增大的电流时,外部的磁场变化很快,会使附近的导体感应出一个反向的电流。如果第三层的地平面是完整的地平面的话,那么会在地平面上会有一个蓝色虚线标示的电流;如果TOP层有一个完整的电源平面的话,也会在顶层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有最小的电流回路,向外辐射的能量最小,耦合外部信号的能力也最小。(高频时的趋肤效应也是向外辐射能量最小,原理是一样的。) 由于高频信号电平和电流变化都很快,但是变化周期短,需要的能量并不是很大,所以芯片是和
6、离芯片最近的退耦电容取电的。当C1足够大,而且反应又足够快 (有很低的ESR值,通常用瓷片电容。瓷片电容的ESR远低于钽电容。),位于顶层的橙色路径和位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流,但不是与图示信号对应的电流)。 因此,按图中构造的环境,电流的整个通路是:由C1的正极-IC1的VCC-S1-L2信号线-R1-IC2的 GND-过孔-GND层的$路径-过孔-电容负极。可以看到,电流的垂直方向有一个棕色的等效电流,中间会感应出磁场,同时,这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信号为一条时钟信号,并行有一组8bit的数据线,由同一芯片的同一电源供电,
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