在高速电路设计中，功率完整性(PI)和电磁干扰(EMI)是相互关联的。当pcb中由电源(PWR)和接地(GND)平面产生的腔的边缘辐射时，发射中的峰值频率与腔自阻抗中的峰值频率相同。这是因为腔共振的高阻抗将从困在腔内的回流电流中产生更高的电压。正是这些更高的电压将从边缘驱动更高的辐射辐射。

当两个相邻地平面形成空腔时，通过适当的接地通孔布置，使两个地平面短接在一起，可以降低空腔阻抗峰值，消除回流电流在两个地平面之间流动造成的噪声源。在这篇文章中，一个地通孔的位置和PI和EMI之间的关系，在一个信号通过腔的GND平面对。

当一个信号通过一对相邻的地平面，形成一个空腔时，信号通过为信号电流提供了一个连续的路径。返回电流必须通过空腔的电路输出路径。在腔体之间是绝缘电介质。回流电流从上地平面传递到下地平面的唯一途径是位移电流。一旦在信号通道附近的腔内引入位移电流，位移电流在腔内传播，激发平面之间的EM共振。当腔内的传播信号到达边缘时，具有线源的辐射势。这是PI和EMI之间的关系。

为了说明这一效应，在HFSS中构建了一个简单的模型。采用由75 × 50 mm GND平面对、4.2 mils厚FR4电介质(εr = 4.5)、铜平面厚度1.2 mil组成的空腔(见图1a)作为测试载体。一个信号通道口(用作噪声源)位于GND平面对的中心，一个可选的接地通道口位于50密耳之外。

图1b显示了在有/没有地通道口的情况下，信号通道口位置的腔体的模拟输入阻抗和3米发射(来自GND平面边缘的辐射)。输入阻抗的计算是通过定义一个离散端口横跨信号通过的反垫。

在噪声源附近添加接地通道有助于保持低输入阻抗并减轻电磁干扰。只要信号通孔与地短路通孔之间的距离是固定的，输入阻抗或远场发射频率是相同的。短通孔的存在不会影响PCB边缘通孔的反射和谐振频率。对于其他噪声源位置，只要它们不太靠近板的边缘和角落，也可以得到类似的结果。

如前所述，平面对的边缘作为线天线，远场估计的等效电路如图1所示。Z_页为接地平面阻抗，Z_在为等效输入阻抗C_港口是端口电容(由于反垫)和Z_通过是短路地通孔的阻抗。I是位移电流，I_z电流在Z轴上吗_页，最后我_z’表示Z上的电流_页在地面通道被添加到模型之后。

通过对等效电路的分析，可以得到以下公式:

我_zZ =_帽Z_帽+ Z_页我

Z_在Z =_页/ / Z_帽Z =_帽Z_页Z_帽+ Z_页

Z_帽C j = 1ω_港口

我_z' = z_通过/ / Z_帽Z_页+ Z_通过/ / Z_帽我

Z_在' = z_页/ / Z_帽/ / Z_通过Z =_帽Z_页

Z_通过Z_帽Z_页+ Z_页Z_通过+ Z_通过Z_帽

由于远场(FF)与流经Z的电流成正比_页，我们可以得到这个关系式FF ' /FF = I_z/我_zZ =_在' / Z_在该方法可用于估计加短通孔和/或解耦电容器前后的远场强度。可以观察到，有和没有短通孔时，阻抗峰和发射峰的频率以及阻抗峰的降低和远场发射的降低有合理的相关性。

在这个例子中，只有2.8和4.7 GHz的空腔模式从边缘辐射出来。本研究证明了PI-EMI共分析在设计pcb时的重要性。

图1。a): GND平面对和等效电路模型，b):距离结构3 m球面上的输入阻抗(Zin)和远场振幅。

博客发表在SIJ 2019年1月印刷版，设计提示:第44页。