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(hào)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(hào)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〉耐庑纬叽缰校诋?dāng)今世界中，對(duì)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(shì)，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(duì)串?dāng)_和信號(hào)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(hào)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(hào)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)通過在導(dǎo)體上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)來干擾“受害者”通孔的信號(hào)。

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(jiǎn)單電容器。寄生電容會(huì)減慢信號(hào)，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?hào)快速變化產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在相鄰的通孔上產(chǎn)生較強(qiáng)的電動(dòng)勢(shì)。

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(duì)過孔。將多層板中的層之間的通孔作為差分對(duì)進(jìn)行布線（一個(gè)通孔載有信號(hào)，另一個(gè)通孔返回信號(hào)）。差分成對(duì)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(hào)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(hào)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?jī)?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(hào)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(duì)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。