如果參考平面上有間隙，然后信號穿過該間隙，會在PCB中產(chǎn)生很多不良性能。比如：

EMI發(fā)射增加，EMI抗擾度受損，串?dāng)_增加，信號上升時間的惡化等。

但是，你說有影響就有影響了？咱還得眼見為實，是不是。

接下來，就來看一看實測數(shù)據(jù)吧！

參考平面有縫隙，會產(chǎn)生共模電流，進(jìn)而使EMI發(fā)射增加

當(dāng)信號下方的參考平面有間隙時，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)電纜上產(chǎn)生共模(CM)干擾電流，從而導(dǎo)致輻射EMI發(fā)射。

測試系統(tǒng)如下圖所示。

首先，?一個工作頻率約為 30 MHz、信號邊沿速率約為 2 納秒、振幅約為 3 V 峰峰值的小型振蕩器通過短 BNC 耦合器耦合到上圖的測試板（猜測是綠色方框里面的是振蕩器，耦合器應(yīng)該在背后，因為現(xiàn)在圖片上正對著的是BNC插座芯的那一邊）。?

然后，用一對 2 米長的導(dǎo)線通過鱷魚夾夾到電路板兩側(cè)的參考平面。?

最后，通過一對匹配電流探頭測量這些導(dǎo)線中產(chǎn)生的 CM 電流。?

測試板、發(fā)生器和電流探頭的特寫如下圖所示。

下圖顯示了在 2 米長的導(dǎo)線上測得的共模電流，左側(cè)是實心參考平面的結(jié)果，右側(cè)是帶縫隙的參考平面的結(jié)果（感覺圖中，是不是應(yīng)該標(biāo)注current1和current2,而不是current和voltage??）。可見，參考平面有縫隙的導(dǎo)線，測到的CM電流要大。

參考平面有縫隙，會使得PCB的EMI抗擾度下降

測試系統(tǒng)如下圖所示。

測試板還是那塊測試板，但是在距離其20厘米處，有一靜電槍，對其進(jìn)行低壓靜電放電(ESD的)。

下圖左側(cè)，顯示了在實體平面上布線的導(dǎo)體接收到的干擾信號。輻射干擾引起的信號幅度約為 100 mV，不足以破壞大多數(shù)數(shù)字電路的性能。

下圖右側(cè)，是參考平面有縫隙的導(dǎo)體接收到的干擾信號，幅度增加到3v左右 。足以對大多數(shù)數(shù)字電路的功能產(chǎn)生破壞。

由此證明了，在參考平面的縫隙上布線，對信號導(dǎo)體所產(chǎn)生的另一個不利影響，即更容易接收干擾信號。

這是因為，由信號導(dǎo)體和其在參考平面中的縫隙邊緣周圍產(chǎn)生的回流路徑，形成了大環(huán)路，而這個大環(huán)路構(gòu)成了一個高效的天線，有效地拾取了感應(yīng)輻射干擾。

有間隙的參考平面會是一個串?dāng)_源

走線穿過參考平面經(jīng)常導(dǎo)致的另一個問題是穿過間隙的導(dǎo)體之間的過度耦合（或串?dāng)_）。

如下圖所示。為上述測試板的一部分，上面有一條長約 12 cm 的導(dǎo)線（約 50 Ω），穿過參考平面中 5 cm 長的縫隙。然后在這個導(dǎo)線中灌入升時間約為 300 ps 的 300 mV 信號。

47ohm 負(fù)載電阻器（節(jié)點 1 和 2）兩端的波形下圖左側(cè)所示，而節(jié)點 3 和 4 處參考平面斷路的電壓如下圖右側(cè) 所示。右圖中的峰值電壓，幅度幾乎為 100 mV，表示信號的回流流過縫隙周圍路徑時，會有比較大的阻抗。

一般情況下，當(dāng)導(dǎo)線之間的距離超過10h時，互相之間就不會有什么影響了。

但是由于這個縫隙的存在，即使兩根導(dǎo)線距離1厘米，也會導(dǎo)致嚴(yán)重的串?dāng)_。上圖中3,4結(jié)點處的電壓會被耦合到其他導(dǎo)線中去。

因為，在這種情況下，兩個導(dǎo)體必須在參考平面中的縫隙邊緣周圍共享一個公共返回路徑（即公共阻抗）。

會引起信號上升時間的變化

即使參考平面中的間隙相對較小且上升時間約為 300 ps，導(dǎo)體上的信號穿過參考平面中的間隙也可能會經(jīng)歷顯著的轉(zhuǎn)換（上升/下降）時間失真（構(gòu)成信號完整性問題）。

上升時間約為 300 ps 的測試信號從信號發(fā)生器通過 BNC 耦合器直接施加到測試板上的兩條導(dǎo)線中，其中一條路徑在連續(xù)平面上布線，而第二條路徑穿過平面上的5厘米間隙。

上圖中，描述了在終端測量的兩個信號的上升沿。參考平面連續(xù)的信號表現(xiàn)出明顯更快的邊沿速率和輕微的過沖，而通過平面間隙的速率較慢，過沖被濾除。

過間隙的信號的邊沿速率較慢的原因是，其參考平面中的回流路徑被迫繞過間隙的邊緣。此外，跨越間隙時回流路徑中的阻抗不連續(xù)性導(dǎo)致信號的較高頻率分量的反射。

從信號完整性和功能的角度來看，這種失真是無法容忍的。

參考平面的分割會產(chǎn)生輻射

用三維仿真軟件，對以下三種情況進(jìn)行仿真。

case1: 微帶線，參考平面為實平面，PCB大小為400X800X10mil，線寬為5mil。

case2: 帶狀線，兩個參考平面都是實平面，PCB大小為400X800mil,上下介質(zhì)厚度均為10mil,線寬為5mil。

case3: 帶狀線，一個參考平面為實平面，另一個平面有縫隙，PCB大小為400X800mil,上下介質(zhì)厚度均為10mil,線寬為5mil，但是在下面的參考平面上有一個50mil寬的縫隙。

板子的介電常數(shù)，均為4.5.

具體結(jié)構(gòu)如下圖所示，右側(cè)是參考平面上的回流分布。發(fā)現(xiàn)作為帶狀線，雖然上下兩面都有參考平面，但是如果其中一個參考平面上有縫隙，也會對帶狀線的性能產(chǎn)生影響。

下圖中表明，在間隙處電流不連續(xù)，H 和 E 場分布發(fā)生顯著增強。這表明波傳播確實發(fā)生在間隙中。

　　審核編輯：湯梓紅