高速電路PCB“地”、返回路徑、鏡像層和磁通化

　　在廣泛使用網(wǎng)絡(luò)這一概念的低速電路中，“地”同樣大行其道，“地”本身就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在低速電路中，之所以不用考慮信號的返回路徑，就是認(rèn)為所有的電流都將匯合到“地″這個(gè)無窮大的容器，同時(shí)認(rèn)為“地”就是一個(gè)等勢體，因此也不關(guān)心其中的電流流動(dòng)。這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)。高頻時(shí)，信號路徑和返回路徑的回路電感要化，那么，返回電流是緊靠信號電流的，只要附近導(dǎo)體允許，返回路徑會盡量靠近信號路徑分布。如果周圍沒有導(dǎo)體可以提供返回路徑，那么自由空間就成為返回路徑，這就帶來了EMC問題。

　　如圖1所示，平行雙導(dǎo)線傳輸線的兩根導(dǎo)體中一根是信號路徑，另一根就是返回路徑，兩者沒有嚴(yán)格區(qū)分；同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體就是信號路徑，外導(dǎo)體就是返回路徑；共面帶狀線的一條導(dǎo)線是信號路徑，另一條就是返回路徑；共面波導(dǎo)的中間導(dǎo)體是信號路徑，兩邊金屬平面是返回路徑；微帶線和帶狀線的窄導(dǎo)體是信號路徑，導(dǎo)體附近的金屬平面就是返回路徑。讀者可以憑經(jīng)驗(yàn)感受一下｀將同軸電纜的外導(dǎo)體開一個(gè)槽，會對高速信號傳輸帶來什么樣的影響。所以，在設(shè)計(jì)高速電路的過程中，要丟掉“地”這個(gè)概念，像對待信號路徑一樣對待返回路徑。

　　圖1 各種傳輸線橫截面

　　在高速PCB上，無法用到平行雙導(dǎo)線和同軸電纜。在設(shè)計(jì)低速電路時(shí)，布完線經(jīng)常要進(jìn)行“包地”這個(gè)操作，“包地”形成的傳輸線就是共面波導(dǎo)。在第3章講過，當(dāng)兩條走線靠得很近時(shí)會形成串?dāng)_，也就是說，—條走線A將另一條走線B作為返回路徑，形成共面帶狀線，這是不希望看到的，因?yàn)樽呔€B并不是故意設(shè)計(jì)來作為返回路徑的。避免這種串?dāng)_基本的措施是，用一個(gè)“大的金屬平面”盡量去靠近走線，相比另外一條窄走線B，這個(gè)“大的金屬平面”是一個(gè)更好的返回路徑，這就形成了PCB上的微帶線和帶狀線。而這個(gè)“大的金屬平面”就是鏡像層，也稱“參考平面”，在PCB上通常將其分配給電源和地。

　　可靠的返回路徑應(yīng)該和信號路徑平行且靠近。只有這樣，信號路徑和返回路徑產(chǎn)生的磁力線才會地相互抵消，因?yàn)閮烧叻较蛳喾矗@就是磁通化原理，如圖2所示，圖2（a）所示的回路面積比圖2（b）所示的小?；芈樊a(chǎn)生的磁通量也比較小。它向周圍產(chǎn)生的輻射較少。在周圍其他信號線上產(chǎn)生的串?dāng)_也較少。壞的設(shè)計(jì)就是返回路徑出現(xiàn)斷裂，甚至根本沒有為信號路徑提供返回路徑；而也是簡單的設(shè)計(jì)就是上面提到的采用參考平面（鏡像層）。當(dāng)然還有一些其他方法來實(shí)現(xiàn)磁通化，如：

　　圖2 回路磁通

　　· 保證多層板有正確的疊層設(shè)置和阻抗控制；

　　· 對于多層板，將高速走線布置在接地平面或接地柵格附近，單面板和雙面板配置接

　　地走線或包地；

　　· 將元件封裝內(nèi)部所產(chǎn)生的磁通捕捉到0V參考系統(tǒng)中，以減少元件的內(nèi)部輻射；

　　· 降低電源分配系統(tǒng)（PDS）中的噪聲電壓；

　　· 能夠使用低速器件，就盡量不要使用高速器件；

　　· 選用射頻驅(qū)動(dòng)電壓較低的器件以降低走線中的射頻電流；

　　· 當(dāng)有外部I/O電纜連接時(shí)，正確使用旁路電容；

　　· 在選定的網(wǎng)絡(luò)中用數(shù)據(jù)線過濾器和共模扼流圈：

　　· 為那些會輻射大量共模射頻能量的組件提供一個(gè)接地的散熱器