文档介绍：EMI/EMC讲座(六)多层通孔和分离平面的概念
在走线路径上使用通孔(via),是任何高速传输技术极关切的课题,因为它会产生电磁干扰和串音。此外,在分离的平面之间,绝不能发生互相重迭(overlay),这是PCB电路设计者最关心的问题之一。本文将介绍多层通孔、跳接、接地走线的概念及其之间关系,与各种分离平面的布线技巧,并说明可隔离电源和接电平面的铁粉芯(ferrite)材质之效能特性。
多层通孔
    当要将频率(clock)讯号或高威胁性讯号由来源端绕线(routing)至负载端时,通常会经过走线(trace)到达一个绕线平面(routing plane),例如:X轴,然后经过相同的走线到达另一个平面----例如:Y轴。而且假设每一个走线是与一个射频回传路径(RF return path)紧邻,则沿着全部的走线路径,mon-mode RF current)紧密耦合。不过,在实务上,这种假设只有一部份是正确的。
    当一个讯号走线从一电路层跳至另一电路层时,射频回传电流应该沿着走线路径流动。当一个走线在两个平面结构之间,穿过一个PCB时,通常会将它们视为电源平面和接地平面,或者说这两个平面具有相同的电位,而回传电流在这两个平面之间共享。回传电流唯一可以在这两个平面之间跳接(jump),是在去耦合电容的位置上。如果这两个平面具有相同的电位,例如:0V(参考电压),则射频回传电流将会在连接两平面的通孔处发生跳接,而此通孔是供给一个组件使用。
    当从一个水平层跳接至一个垂直层,射频回传电流是无法完全如此跳接的。这是因为在走线路径上,有一个「不连续(discontinuity)」,那就是通孔。回传电流现在必须寻找桓鎏娲牡偷绺校ㄗ杩梗┞肪叮绱瞬拍芡瓿伤幕芈贰U飧鎏娲肪犊赡懿辉谕着员撸峁谘逗抛咴谙叩纳淦档缌骺赡芑狁詈现疗渌缏分校⒉簦╟rosstalk)和电磁干扰的问题。下列的设计技巧,能够有效地减少因为电路层之间的跳接所产生的串音和电磁干扰问题:
首先,只在一个绕线层对所有的频率讯号和高威胁性讯号做绕线,也就是说:X轴和Y轴回路都是在相同的平面上。PCB电路设计者可能会放弃这个技巧,因为它几乎无法支持「自动绕线(autorouting)」。
一个固定的射频回传路径必须紧邻绕线层。而且,不因为使用通孔或走线跳接到另一个绕线平面,而造成回路不连续。
    如果必须在水平和垂直的绕线平面之间,使用一个通孔来绕线,设计者必须在每一个通孔位置使用接地通孔(率先将接地通孔应用到PCB的人是W. Michael King),讯号轴是在这些位置上跳接的。接地通孔的电位永远是0V。
    接地通孔是直接与每个讯号回路通孔相邻,从水平平面绕至垂直平面。只有当PCB内部具有一个以上的0V参考平面时,才能使用接地通孔。这个通孔和所有的接地平面(0V 参考电压)连接,成为讯号跳接电流的射频回传路径。本质上,这个通孔和0V参考平面结合在一起,并和讯号走线的位置相邻并行。当每一个讯号走线的通孔使用两个接地通孔时,将会有一个连续的射频回传路径存在,射频回传电流会在它上面流动。这个接地通孔将维持一个固定的射频回传路径(经由映像平面),与讯号回路完全相邻。
    当只存在一个0V参考(接地)平面,而且替代平面的电压是一般PCB四层板