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

EMI發射增加，EMI抗擾度受損，串擾增加，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，就來看一看實測數據吧！

參考平面有縫隙，會產生共模電流，進而使EMI發射增加

當信號下方的參考平面有間隙時，可能會導致系統電纜上產生共模(CM)干擾電流，從而導致輻射EMI發射。

測試系統如下圖所示。

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，耦合器應該在背后，因為現在圖片上正對著的是BNC插座芯的那一邊）。?

然后，用一對 2 米長的導線通過鱷魚夾夾到電路板兩側的參考平面。?

最后，通過一對匹配電流探頭測量這些導線中產生的 CM 電流。?

測試板、發生器和電流探頭的特寫如下圖所示。

下圖顯示了在 2 米長的導線上測得的共模電流，左側是實心參考平面的結果，右側是帶縫隙的參考平面的結果（感覺圖中，是不是應該標注current1和current2,而不是current和voltage??）。可見，參考平面有縫隙的導線，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，對其進行低壓靜電放電(ESD的)。

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

下圖右側，是參考平面有縫隙的導體接收到的干擾信號，幅度增加到3v左右 。足以對大多數數字電路的功能產生破壞。

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

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

有間隙的參考平面會是一個串擾源

走線穿過參考平面經常導致的另一個問題是穿過間隙的導體之間的過度耦合（或串擾）。

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

47ohm 負載電阻器（節點 1 和 2）兩端的波形下圖左側所示，而節點 3 和 4 處參考平面斷路的電壓如下圖右側 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，當導線之間的距離超過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，即使兩根導線距離1厘米，也會導致嚴重的串擾。上圖中3,4結點處的電壓會被耦合到其他導線中去。

因為，在這種情況下，兩個導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，導體上的信號穿過參考平面中的間隙也可能會經歷顯著的轉換（上升/下降）時間失真（構成信號完整性問題）。

上升時間約為 300 ps 的測試信號從信號發生器通過 BNC 耦合器直接施加到測試板上的兩條導線中，其中一條路徑在連續平面上布線，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。參考平面連續的信號表現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性導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生輻射

用三維仿真軟件，對以下三種情況進行仿真。

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，均為4.5.

具體結構如下圖所示，右側是參考平面上的回流分布。發現作為帶狀線，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生影響。

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

　　審核編輯：湯梓紅