多層電路板之間返回電流與通孔的關系分析

在多層板中，由于不止一個地平面，我們一定要仔細考慮返回地電流從哪里回流問題。

圖5.2舉例說明了返回電流流向的基本原則：高帶返回信號電流沿著最小的電感路徑前進。

如果我們設想圖5.2中的地平面多于一個，對于哪個地平面承載返回信號電源，就會有一個選擇問題。這個難題的解決辦法是：返回信號電流在最靠近信號線的地平面上，直接沿著信號走線下面的一條路徑。

仍然參考圖5.2，讓門電路A的地線引腳穿透所有的地平面，與每個地平面相連。對電阻B做同樣的接地。如圖所示，距離信號走線最近的地平面承載了所有的返回信號電流。

現在高速信號走線路徑，選擇兩個內層地之間進行走線。現在兩個內層地分擔返回電流，大部分返回電流流經最靠近的地層。

因為門電路A和電阻B與每個地平面都有連接，返回信號電流可以很容易地流到內層、對地層進行高速后的路徑，其電感與最初路徑的電感相近，因為它們有相似的拓撲。

接下來，我們將找出電感和電磁輻射之間的聯系。我們知道，電感相等時兩條路徑產生的總磁通量也相等。因此可以得出結論，兩種結構的電磁輻射將是相等的。

這個聯系的一個有趣結果是，內層走線的輻射小于或不大于外層走線的輻射。對于造近板子邊沿的走線，這是非常正確的。由于地平面平行于磁通量產生的軸線，因此幾乎沒有磁性屏蔽。

現在，讓我們給這個基本電路進行一些較差的修改。從A到B的走線，一半走線沿著頂層。然后通過一個通孔進到內層。從兩個地平面之間的內層走完到B的線路。返回地電流從哪里流呢？

在信號從一層跳到另一層的這個點，返回信號電流沒有跳躍的路徑！除了位置A和B。我們沒有提供地平面之間的連接、因此返回地電流的路徑必須不同于緊貼著信號走線的路徑，其中肯定比最初的路徑包括了更多的電感，我們發現一個規律，即無限制地使用通孔會產生額外的電磁干擾。不僅產生了更多輻射，而且由于改變了返回信號電流預期的路徑，還將產生更多的串擾。

應該記住，對于返回信號電流的平面跳躍問題，有許多解決辦法，這里按其效果遞減依次列出。

1、合理安排板子，使高速走線的返回電流不在平面之間跳躍。這可以通過限制每條走線從一開始就保持在同一層上來實現。

2、限制走線，使它一開始就保持在離地平面最近的一面上。這條規則允許使用正常的水平和垂直走線層對的方法。它的效果幾乎和第1種方法一樣。

3、在每個信號通孔旁邊提供接地通孔，這樣做的目的很明確，就是為了讓返回電流在平面之間跳躍。

4、確保到處都有許多接地通孔。無論一個信號通孔在哪里，它的返回電流將不用轉移很遠去找一個地方躍層。

不要使用保護走線提供一條鄰近的返回電流路徑。這種思路從理論上講不錯，但在實踐中沒有效果。首先，除非距離信號線非常近，否則保護走線不起任何作用。

其次，一旦保護走線被布得足夠接近，可以作為一條有效的地返回路徑，其距離已經足夠破壞走線的阻抗了。

第三個原因是，在沒有其他改變情況下，為了提供足夠低的阻抗，保護走線一定要非常、非常寬。

在指定了使用一個完整地平面后，保護走線除了引起麻煩之外沒有任何用處。