互连是如何工作的:平行平面之间的痕迹

pcb上的走线通常在平行平面之间布线。还有什么比这更简单的呢?事实上，它是一个三导体结构，既支持横向电磁波(TEM)的传播，也支持平行板波导(PPW)的传播——径向波或平面波的叠加——这使事情变得复杂。TEM波用于在组件之间传输信号，而PPW波用于向组件供电。两种波都是有用的，但它们必须分开。例如，如果我们将TEM波发射到平行面具有理想等势的道中，我们可以观察到波严格沿着道传播，如图1所示(点击图片查看动画)．

图1所示。具有等势平面的道中的功率流密度。走线段由左下端口的1 V、50欧姆、20 GHz谐波源激发。另一个端口以50欧姆终止。两个端口都是通过端口，信号端子在走线和参考端子同时在顶部和底部平面。

如果其中一个平面是动力平面，另一个是接地平面会发生什么?那么等势性就不能被强制执行。图2说明了在这种情况下信号发生了什么(点击图片查看动画)．

图2。参考一个平面的轨迹中的功率流密度。走线段由左下端口的1 V、50欧姆、20 GHz谐波源激发。另一个端口以50欧姆终止。两个端口都是通过端口，信号端子位于走线，参考端子仅位于底部平面。

将激励只参考其中一个平面(GND)，使信号转换为有用的TEM波以及PPW的径向波。PPW中的波是不必要的噪声，可能导致电磁兼容性或干扰(EMC/EMI)问题，以及通过平行平面(多路径传播)在组件之间不必要的信号传播。不幸的是，对于复杂的设计，这些影响实际上是不可预测的。此外，信号变换会改变可观测走线阻抗。在这种简单的情况下，在时域反射(TDR)图上，仅参考一个平面的走线的阻抗将偏离约1欧姆，如图3所示。

图3。具有两个等电位参考平面的迹线的TDR图(红色图)和在激励位置仅参考一个平面的迹线的TDR图(蓝色图)。

图1中具有理想等电位平面的第一种情况只是一个模型-从迹线到平面的2个端口仅用于激发TEM波。图4的顶部图片说明了港口建设。

图4。带端口到两个平面(上)，带端口到下平面(中)，带端口到下平面，每个端口周围有短路过孔(下)。

这样的端口结构完全消除了TEM和PPW之间的相互作用。励磁端口向上有一个- 1v源，端口向下是+ 1v。在平面之间不会产生电压。另一方面，在+ 1v激励下，从走线到底面的端口(如图4中图所示)在传输线和传输面都产生波。

在现实生活中，我们可以通过短路或拼接过孔，连接参考平面并强制等势来避免或减少这种转换，如图4底部图片所示。过孔使平面局部等电位，信号大部分进入图5所示的走线的TEM模式(点击图片查看动画)．

图5。具有强制等势的轨迹中的功率流密度。走线段由左下端口的1 V 50欧姆，20 GHz谐波源激发。另一个端口以50欧姆终止。两个端口都是通过端口，信号端子位于走线，参考端子仅位于底部平面。平面与每个端口周围的3个通孔相连，以加强等效性。

这种强制执行的最关键位置是信号通道的位置。如果将几个拼接过孔置于每个信号过孔的电近处(在奈奎斯特频率下介电介质中波长的四分之一范围内)，则PPW波将大大减少，信号将再次转换为TEM波(见图5)。如果不能连接或拼接走线的两个参考平面，则无法实现等电位强化。

这里的关键要点是:必须重新设计堆叠，以便在发射孔周围以及可能沿轨迹进行平面对平面拼接．否则，过渡的局部化就会受到不可预测的后果[1]，b[2]的损害。

注:功率流密度用于说明信号变换的概念。平面假定为无限大，采用完全匹配层边界条件进行模拟。

1.Y. Shlepnev，《超过10gbps的生活:本地化还是失败!》，信号完整性学报，2018年4月18日。

2.“如何互联工作”演示视频发布和通过本地化https://www.simberian.com/ScreenCasts.php或观看YouTube上的Simbeor频道https://www.youtube.com/user/simbeor/videos