不加回流过孔这事，以前都不敢想！

edadoc2013 · 发表于 2022-3-22 17:12:03

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作者：一博科技高速先生成员黄刚

信号孔旁边需要回流地过孔这个理论，早就已经深入到设计工程师们的思维里了，要是说能找到一种特殊情况不用加地过孔的话，就一定是这样的了！

一直以来，各种工程师们都知道走线是需要有回流平面的，所以我们能看到表层的走线需要L2层的回流，内层的走线一般会有上下层的回流，就像下面这样。

那我们一般情况下认为的信号由过孔来换层，为什么在附近位置要加地过孔呢？我们来看一个很形象的仿真模型，左右分别是换层信号孔附近加和不加地过孔的模型，我们的信号线从表层由过孔换到靠下的内层，大家猜猜下面两种情况下的仿真结果会有什么差异吗？

可能很多人知道不加地过孔会不好，但是你们估计很难猜到它们的损耗曲线的差异吧？下面是两种case的损耗结果对比，从损耗结果上可以看到，不加地过孔甚至在直流的时候也有很大的损耗，导致从S参数上看不从0dB开始衰减，另外在高频之后的逐渐衰减变大。

为什么会这样子呢？其实可以和上面说走线需要回流平面的理论结合起来分析，从不加地过孔的case来看，表层走线已经有L2层的地平面参考了，内层走线其实也有内层的地平面来参考，但是由于没有地过孔，使得L2层的地平面却不能和内层的地平面连接起来形成通路，因此在直流上是断开的，损耗曲线就不从0dB开始下降了。到了高频之后，也只能通过平面耦合的形式进行连通，因此损耗也会增大。

那么在当中有一种特殊的过孔换层情况，那就是1到3的换层。那么L1到L3层有什么特别之处吗？ L1到L3层，大多数朋友都会觉得这样的话信号都只参考L2层，是不是就没有了像换到更靠下的内层那样，需要切换参考层了？按照这个猜想的指引，就立马会觉得，L1到L3层是不需要地过孔了吧！

于是我们又立马去建另外的一组对比模型，L1到L3层换层，有地过孔和没地过孔的模型，如下所示：

这一组对比的模型，结果会很相近吗？时间关系，就不给大家更多的思考空间了哈，结果直接给到大家，仔细一看就发现，怎么和想的不一样？！！！

虽然不加地过孔时和我们想的一样，在直流层面上是连通的，因此损耗从0dB开始下降。但是随着频率升高，损耗却逐渐和加地过孔的损耗差距越拉越大。

高速先生仔细一看模型，慢慢的发现了猫腻。我们说的是只要参考地没切换，理论上就不需要加地过孔，但是我们仔细看看这个模型，尤其是L3层的走线，实际上它参考的是L2和L4层的地，虽然L2层的地没切换参考平面，但是L3层的能量也有一半参考到L4层，L4层是肯定没法直接和L2层连通的，问题就出在了这里！

那要怎么才能证明这一点呢？于是高速先生又建了第三组对比的模型，就是下面这样子了。

我们做一个看上去很奇怪的验证模型，让原有的L3层走线的下面参考层拉得灰常的远，这个时候明眼人都能看出来，验证模型的L3层主要就只能参考到L2层的地了，也就等效的实现了L2参考平面不变的前提了，这次我们再来看看对比结果如何？

果然，这次的对比结果才算是符合我们一开始的理论，不加地过孔的损耗基本就和加地过孔的损耗差异不大了。但是由于还有很少量的能量会参考到那个较远的平面，因此不加地过孔的损耗还是能呈现出稍大一点点的现象，但是差别已经不大了。因此理论肯定是没问题的，关键就在于模型有没有建立得和理论的场景相匹配，只要是类似上面这种情况的，而且速率又不会太高，布局布线空间很紧张的情况下，大家就可以尝试着去掉地过孔的。

这个时候可能有一些朋友们会问了，现实中有可能出现像模型那样L3层的下面参考层距离很远的叠层设计吗？高速先生以一个回答来结束这个文章哈，那就是。。。“还是见过不少的！”

大家有没有曾经想过或者做过去掉回流地过孔的设计呢，分享一下你们的故事？