論EMC設計中信號回流的重要性

任何注入到系統中的電流終都要回到源端。因此，信號不僅僅是在信號線(xiàn)上傳播，同時(shí)也是在參考平面上傳播，如下圖所示。所以保持參考平面的完整和低阻抗，與保持信號線(xiàn)的完整和低阻抗對系統同樣重要。

在傳統的低速設計中，系統中的回路電流沿著(zhù)小的電阻路徑回流，而在高速系統中，電流沿著(zhù)小的阻抗回路回流。在高頻下，回路的電感表現出的感抗遠遠大于其本身的電阻值，因此小阻抗路徑也就是小電感的路徑。通常情況下，小電感的路徑就在信號線(xiàn)的正下方，如下圖：

我們把提供給信號線(xiàn)回路電流的媒介稱(chēng)作參考平面。在實(shí)際系統中，參考平面可以用VCC，也可以用GND，重要的一點(diǎn)是要保證參考平面的連續性。一對差分信號之間可以互為參考，它們對參考平面的依賴(lài)沒(méi)有那么強。

如果在PCB上，信號的參考平面出現較大的不連續區域，如一條溝壑，那么在這個(gè)溝壑處，信號的回路電流無(wú)法通過(guò)緊貼信號走線(xiàn)線(xiàn)面的路徑傳送，而是必須繞開(kāi)這個(gè)溝壑。這樣就給回流路徑增加了感抗，使得接收端信號的高頻分量衰減嚴重，甚至出現臺階。如下圖：

在設計中盡量不要讓信號的回路中存在溝壑，如果溝壑是不可避免的，可以在溝壑的兩端放置一些去耦電容，構成一個(gè)跨越溝壑的交流通路，提供給高速的回路電流。

另一種常見(jiàn)的回路不連續的情況是信號在不同參考平面之間切換，同樣會(huì )給電源系統引入噪聲。下圖所示為4層PCB結構，信號首先在第壹層傳輸，然后通過(guò)一個(gè)過(guò)孔轉到第四層繼續傳輸，第二層和第三層為參考平面。當信號在第壹層時(shí)，回路電流在信號路徑對面的參考層第二層傳播，當信號在第四層時(shí)，回路電流同樣在信號路徑對面的參考層第三層傳輸。那么當信號穿過(guò)信號過(guò)孔時(shí)，回路電流如何從第三層傳到第二層呢？

如果參考平面之間沒(méi)有直流通路，回路電流只能通過(guò)兩個(gè)平面之間的容性耦合傳遞。在下圖中，我們可以清楚的看到回路電流是如何從第三層耦合到第二層的。

由于平面之間的耦合程度有限，回路電流在躍遷過(guò)程中，將遇到較大的阻抗。因此回路電流在這里將在兩個(gè)平面上產(chǎn)生一個(gè)感應噪聲，傳播到系統的其他地方。由于這個(gè)噪聲非常類(lèi)似于地彈噪聲，因此又將其稱(chēng)為回路地彈。那么，如何減小回路地彈噪聲呢？

如果這兩個(gè)平面具有同樣的電勢，例如它們都是地平面，那么直接有效的方法就是在信號過(guò)孔附近加上幾個(gè)地過(guò)孔，直接連接兩個(gè)平面，如下圖所示，使回路電流就近通過(guò)這幾個(gè)過(guò)孔，保持回路的連續性。

如果這兩個(gè)平面的電勢不一樣，例如一個(gè)是VCC，另一個(gè)是GND，那么要減弱這個(gè)回路地彈噪聲對電源系統造成的影響，兩個(gè)平面之間增加一些去耦電容，為回路電流提供一個(gè)低阻抗的瞬態(tài)交流回路。