信号换层为什么需要加地孔

在做PCB设计时，你是否遇到这样的问题：

“为什么差分或者重要信号换层时，要在旁边加地过孔?”

别小看这个小小的GND过孔，它可是提升信号完整性的关键武器!

今天，我们就通过仿真图例详细讲清楚这个问题，一次解决你心中的疑惑!

差分换层，信号怎么走?先看一个经典场景

如下图所示，为了方便理解，我们在PCB上只放置了两个连接器，它们的网络相同，并通过中间一段信号线连接。这条线在中途换了一次层，上半段在顶层，下半段在底层：

图一

图二

图一、图二：信号换层后，观察返回电流路径。

说明：在未加地过孔的情况下，电流从信号底部的GND层回流，但在过孔处发生了四散回流，无法形成紧密闭环。

信号回流“迷路”了?看图就懂

图三：显示回流路径已不再局限于最近的GND层，反而分散到多个地层，信号完整性大打折扣。

图三

说明：电流跨层回流路径变长、绕远路、信号干扰变大，抗干扰性能下降。

地过孔的“魔法”，瞬间改善信号质量!

那么我们试试看，在信号过孔旁边加一个地过孔，效果会怎么样?

图四~图六：添加地过孔后的仿真图。

图四

图五

图六

说明：电流在过孔处不再四散，返回路径明显集中，电磁干扰降低，信号更纯净!

那地过孔放远一点呢?行不行?

图七、图八：我们将地过孔与信号孔拉远进行仿真。

图七

图八

说明：电流回流路径再次扩散，说明地孔距离越远，信号完整性越差，应尽量靠近!

一圈地孔，会不会更好?

我们进一步升级，在信号孔四周打一圈地过孔!

图九~图十一：对比一个地孔和一圈地孔的效果。

图九

图十

图十一

说明：信号回流路径更加集中，虽然提升不如预期巨大，但对抗干扰依旧有效。

终极优化：包地 + 缝合地孔!

最后，来一个终极版本——给信号线包地，并每隔一定距离打地孔。

图十二~图十四：最优信号回流路径仿真图。

图十二

图十三

图十三

图十四

说明：地层干净，回流电流高度集中在信号线下方，信号质量最优。

总结：4点记牢，信号回流不卡壳!

差分/重要信号换层处必须加地过孔，确保电流闭环;

有空间就包地，并规律地打地孔，信号稳定如磐;

扇孔时GND焊盘旁边务必加GND过孔;

板子设计完成后，空地要加缝合过孔，让回流就近走，提升抗干扰。

不懂信号完整性，电路再复杂也白搭!

本篇文章就是硬核PCB设计师都该掌握的知识点，快转发、收藏，提升你的设计水准!

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