让CST告诉你为什么高速信号换层时需要放伴随地过孔
本文摘要：（由ai生成）
本文讨论了高速信号在多层PCB设计中换层时伴随地过孔的重要性。仿真结果显示，放置伴随地过孔可显著减少换层处的EMI辐射，因为伴随地过孔能引导电流沿最小阻抗路径回流。反之，缺少伴随地过孔会导致电流聚集并增加辐射。本文分析基于个人理解，旨在强调伴随地过孔在高速PCB设计中的关键作用，并欢迎业界指正和讨论。
大家好,我是CST电磁兼容性仿真。这是我的第58篇原创文章。为避免错过干货知识,欢迎关注公 众号，共同学习，共同进步！
今天小编聊一聊高速信号换层时为什么需要放伴随地过孔。
高速信号伴随地过孔在电路设计中扮演着重要的角色，特别是在高频率、高速数字信号传输中。以下是高速信号伴随地过孔的几个作用：
提供地连接：在多层PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计中，地平面通常会被分割成多个区域，这可能导致地连接不足。通过使用地过孔，可以有效地连接这些地区域，提供更好的地连接，降低地回流的阻抗，减少信号环路。
减少地回流路径：在高速信号传输中，信号和地回流路径的长度、面积和阻抗都对信号的传输性能有影响。通过在信号线和地层之间引入地过孔，可以减少地回流路径的长度，降低其阻抗，从而降低信号传输中的信号失真和串扰。
提供局部电容：地过孔在信号线和地层之间形成了一个局部电容。这个电容可以帮助提供信号的电源去耦和滤波效果，降低信号线上的噪声和干扰。
防止电磁干扰：地过孔可以在信号线和地层之间形成一个隔离层，防止电磁干扰的传播。这有助于减少信号线上的串扰和噪声，提高信号的传输质量。
综上所述，高速信号伴随地过孔在高频率、高速数字信号传输中起到了连接地、降低地回流路径阻抗、提供局部电容和防止电磁干扰等重要作用，有助于提高电路的性能和可靠性。
当信号在传输过程中换层时返回电流是怎么流动的？
如图四层板的横截面。其中信号路径从第一层开始，然后通过过孔到第四层。返回电流将从的第三层切换到第二层。
那么通过CST仿真来看一看加不加伴随地过孔对EMI辐射发射有什么影响
如下图，一个高速信号的八层板，仿真的信号速率1000Mbit/s。信号从发射端出发从TOP层换层到第六层信号层再换层到BOTTOM层的接收端。第二层和第七层是GND层。
用CST分别来仿真放置伴随地过孔和不放置伴随地过孔的PCB的电场强度。如图左边是放置伴随地过孔，右边是不放置伴随地过孔。
仿真结果
为了方便查看和对比电场强度，电场范围我都设置的-85~-150dB(V/m)
从图中仿真结果可以看到，放置伴随地过孔最大电场强度：-93dB(V/m),而不放置伴随地过孔最大电场强度-86dB(V/m)。另外每一个过孔附近的电场强度颜色都是不放置伴随地过孔更强更深。说明不放置伴随地过孔会导致信号换层的地方发射电场更强，有可能带来EMI辐射发射问题。
那么这是什么原因导致的呢？
小编认为的原因是：高速信号的回流路径总是找它的最小阻抗路径，电流总会通过地平面上沿着信号线传输路径回流到发射端。由于在信号换层的过孔周围没有GND的伴随地过孔，也就是信号回流的最小阻抗路径走不通，导致大量的电流聚集在过孔附近。此时PCB形成一个偶极子天线。从而将信号向外辐射。如果此时给它放置伴随地过孔，电流就会很舒服从它的最小阻抗路径回流到发射端，此时电流环路最小，电场强度与电流回路面积成正比，所以此时辐射发射也是最小。
以上是小编的个人理解，一家之言，仅供参考。有说的不好和不对的地方还请多多指正，多多包涵。非常感谢您的观看。
