消除過孔至過孔耦合噪聲的技巧

眾所周知，多層PCB設(shè)計(jì)可以減輕高速信號電路的EMI / EMC效應(yīng)。導(dǎo)電通孔可在PCB的多個(gè)層之間提供連通性，為設(shè)計(jì)人員提供了分離AC和DC信號的空間，可優(yōu)化組件的位置，并提供足夠的接地層以降低噪聲。

結(jié)果，多層PCB趨于更緊湊，從而使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒏喙δ芗傻礁〉耐庑纬叽缰?，而在?dāng)今世界中，對更小，更強(qiáng)大的電子產(chǎn)品的需求一直在增長，這是至關(guān)重要的元素。

但是，盡管與單層板相比，這些多層板具有這些優(yōu)勢，但多層板并非沒有自己的EMI / EMC挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)多層PCB時(shí)，尤其是通孔到通孔的耦合仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的方面。在這篇文章中，我們將介紹一些消除通孔噪聲的技巧。

什么是Via？

VIA是垂直互連訪問的縮寫。Via也是路徑的拉丁語。結(jié)果，該首字母縮寫詞被通俗地視為單詞“ via”，而不是首字母縮寫詞“ VIA”。

就像它的名字所暗示的那樣，通孔在多層PCB的各層之間提供垂直連接。通孔的解剖結(jié)構(gòu)包括：

l桶，是形成通孔主體的導(dǎo)電管。它在多層板上的平面之間鍍覆穿過絕緣層鉆出的孔。

l墊從桶的頂部徑向向外延伸，以將過孔連接到該層上的組件，平面或走線。

l防焊盤是平面層和通孔之間的空隙，可防止平面短路到通孔。

通孔串?dāng)_是PCB設(shè)計(jì)中的主要問題

無論您的通孔是盲孔，埋孔還是通孔，水平應(yīng)用于走線的對串?dāng)_和信號速度的擔(dān)憂也適用于垂直過孔。只要您有電流并行流過兩個(gè)或更多導(dǎo)電路徑，就會(huì)發(fā)生耦合。

當(dāng)耦合干擾嚴(yán)重到足以干擾信號質(zhì)量時(shí)，就會(huì)發(fā)生串?dāng)_。串?dāng)_可以是電感性的也可以是電容性的，下面讓我們仔細(xì)看看這兩種干擾模式。

l感應(yīng)串?dāng)_：在一個(gè)通孔中改變信號會(huì)產(chǎn)生磁場，該磁場會(huì)通過在導(dǎo)體上產(chǎn)生電動(dòng)勢來干擾“受害者”通孔的信號。

l電容性串?dāng)_：當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體之間相隔一個(gè)小間隙時(shí)，例如通孔的抗焊盤，您會(huì)得到一個(gè)可以靜電存儲(chǔ)能量的簡單電容器。寄生電容會(huì)減慢信號，干擾時(shí)鐘速度和時(shí)序。

在低速電路中，由于有足夠的時(shí)間在反焊盤與平面結(jié)之間聚集電荷，因此寄生電容引起的串?dāng)_往往是一個(gè)更大的問題。在更高速度的電路中，電感是一個(gè)更大的問題，因?yàn)橥字行盘柨焖僮兓a(chǎn)生的磁場會(huì)在相鄰的通孔上產(chǎn)生較強(qiáng)的電動(dòng)勢。

這里有一些提示

PCB設(shè)計(jì)中的耦合是生活的自然組成部分。訣竅是圍繞這種現(xiàn)實(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)以防止串?dāng)_。這里有一些常見的技巧和竅門，以減少過孔周圍的噪聲。

l差分配對過孔。將多層板中的層之間的通孔作為差分對進(jìn)行布線（一個(gè)通孔載有信號，另一個(gè)通孔返回信號）。差分成對的通孔越近，噪聲的降低就越好，但需要權(quán)衡較高的寄生互電容。在高速信號電路中，寄生電容并不是問題。

l通孔柵欄：通孔柵欄（又稱通孔屏蔽）是一排通孔，它們沿RF信號的路徑路徑排列，以減少串?dāng)_和EMI的影響。

l通孔縫合：您可以在多層板上的兩個(gè)平面之間建立牢固的垂直連接，方法是在板上的所有自由區(qū)域填充通孔。這減少了返回路徑并導(dǎo)致低阻抗連接。

l去耦電容器：一種防止寄生電容的方法是為系統(tǒng)提供本地電容器，以通過為電路提供穩(wěn)定的能量儲(chǔ)備來防止電壓尖峰。由于耦合可以是電容性或電感性的，因此去耦電容器在阻抗較高的電感元件較高的高信號電路中效率較低。

結(jié)論

僅關(guān)注板子水平面中的EMI和串?dāng)_已不再足夠。隨著對高速多層板的需求增加，也需要理解并遵循最佳實(shí)踐來管理使這些多層配置成為可能的通孔。

圍繞多層PCB的EMI和串?dāng)_管理的數(shù)學(xué)運(yùn)算可能變得非常復(fù)雜。這就是為什么使用3D建模和PCB設(shè)計(jì)分析軟件來確保最終準(zhǔn)備好生產(chǎn)時(shí)考慮所有變量的重要性。