深度揭秘信号孔旁边到底需要几个地过孔
发布时间：2021-11-15 14:52
作者：37000Cm威尼斯高速先生自媒体成员 黄刚
大家估计知道一对高速信号孔旁边需要加地过孔，但是要加多少个呢？相信广大粉丝们心里是没底的，别急！高速先生今天帮大家量化出来哈。 我们知道，过孔是高速链路中比较难设计和量化的一个结构，它有很多变量都能或多或少影响着过孔的阻抗和损耗，例如下图一样。过孔的孔径、过孔的焊盘、过孔的反焊盘、过孔的残桩甚至包括平面的数量这些都是影响的因素。
甚至有一些简单的计算软件也会把这些变量的影响量化出来，从而根据这些变量计算出一个过孔的阻抗。感觉在缺少仿真的情况下也能大概得到过孔的阻抗了！
的确，有一些软件能大概量化出单个过孔的阻抗。但是如果是下面的差分过孔呢？除了单端过孔的影响因素外，还有差分过孔本身的一些影响因素，例如信号过孔间的距离，还有就是今天要说的差分过孔旁边的地过孔！
回到开头的问题，大家肯定知道一对差分过孔旁边需要加地过孔，原因是什么呢？很多朋友们会回答说是回流，提供回流路径。当然这是对的，那会不会有很多朋友就觉得我只要有一个地过孔就ok了，地过孔的多少对过孔的阻抗又不会有太大的影响。事实真的是这样吗？高速先生今天就给大家用测试数据的方式量化出来！
为了验证地过孔数量不同对这个差分过孔的影响，我们特意做了一组不同case的过孔，分别是1个过孔，2个过孔，3个过孔，4个过孔，他们到信号过孔的距离保持一致，设计如下所示：
然后我们就静静等待这块测试板的完成，完成后高速先生第一时间进行了测试，这个测试结果估计对于大家来说既在意料之中又在意料之外！ 首先我们来看看过孔的回波损耗，它很大程度上表征了过孔的阻抗和反射问题，从回波损耗的结果来看，估计和大多数朋友的想法是一样的，就是地过孔的数量不怎么会影响过孔的阻抗，因此我们能看到回波损耗在40GHz这种超高频下的差异都不大！
那是不是就是没有影响呢？别急，我们还有另外一个很重要的指标，那就是插入损耗，也就是我们经常说的损耗。要是这个指标也没有差异，那才能说地过孔数量对信号过孔没啥影响哈！ 最出人意料的结果来了，我们看看插入损耗的结果，还是发现有非常大的差异。
我们能看到随着地过孔数量的增加，损耗在高频越来越线性，相反地过孔数量较小，尤其是只有一个地过孔的时候，在高频的恶化程度明显增加，为什么会这样呢，怎么解释？ 我们可以通过两个技术角度去解释，一是从回流路径的角度，我们知道地过孔是信号孔的主要回流路径，过孔是有它本身的寄生电感的，随着地过孔数量的增加，寄生电感呈一个并联的结构，因此总的回路电感会减小，电感小了，高频的阻抗就会降低，因此回流路径阻抗降低，损耗变小。另外我们还可以从包裹能量的角度来看，为什么同轴线缆的屏蔽效果好，因为它的外径是全部通过地来包住的，因此能量不会散失出去，通过这个角度，过孔和地过孔也是这个原理，地过孔越多，包得越密，高频能量自然就能保留得很多，因此高频的损耗就变小了。
那回到我们PCB设计工程师这边，如果我们要通过差分过孔来传输高速信号，我们会在差分过孔旁边加几个地过孔呢？我们作为本期文章的问题来问问朋友们哈！
