高速电路之信号回流路径分析

(1)由于这些电流相互加强，所以只需要较小的电压就可以推动同样的电流在电路中流动；
(2)由于每一条走线中的电流都被加强了所以同样的电压可以推动更大的电流流动；
不管是哪种解释都说明了这种类型耦合存在时，就会加强电流的流动。
信号耦合对信号回流路径在参考层的分布有影响，如图3所示，它画的是微带线，位于参考层上方。假设信号回流路径只能在b点或者c点，由于b点到信号电流的距离比c点到信号电流的距离近，所以b点的耦合程度比c点耦合程度强，由于耦合变强，阻抗会减小，而电流总是选择阻抗最小的路径通过，所以信号回流路径便选择为b点。由于a点是回流电流和信号电流距离最近的一点，就在信号线下方，因此a点存在着最大的耦合，使得a点的阻抗最小，信号回流电流便从a点流回源。所以信号的回流电流在参考层上流回源时，回流的路径在参考层上总是趋于在信号走线的下方，因为耦合的关系使得这一点成为整个参考层上最小的阻抗路径。由此可见返回电流是紧随信号电流的。只要附近导体允许，返回路径会尽量靠近信号路径分布的。如果周围没有导体可以提供返回路径，那么自由空间就成为信号的返回路径，这就带来了EMC问题。

3．3 极性相反的磁场抵消使辐射减少
众所周知，当导线上有电流流过时，导线周围便会产生磁场，磁场的方向以右手定则来确定。当有两条彼此靠近且平行的导线，如图4所示，其中一个导体的电流向外流出，另一个导体的电流向内流入，如果流过这两根导线的电流分别是信号电流和它的回流电流，那么这两个电流是大小相等方向相反的，所以它们的磁场也是大小相等，而方向是相反的。假设人们站在图的左边，有一根导线就会离人们比较近，因此它的EMI辐射就比另外一根导线要强，在合适的条件下这种辐射是很严重的。但是如果这两根导线不断的靠近，那么在左侧会观察到它们对外的辐射会逐渐趋于相等，由于它们的相位相反或者说极性相反，所以它们对外的辐射趋于彼此抵消，在极限情况下，如果两根导线之间的距离非常近，它们的对外辐射将完全抵消。因此基本原则是：如果要把EMI的辐射减少到最小，那么就让信号线尽量靠近与它构成回路的回流路径。

3．4 不完整的参考层对信号的影响
理想的参考层应该为其邻近信号层上的信号路径提供完美的返回路径，理想的参考层应该是一个完整的实体平面。但实际系统中，并不存在这样的实体平面，比如一个参考平面可能被分配给多个电源网络，那么实心板就被撕裂成几个小的部分。类似这种参考平面遭到破坏的情况下，如果邻近的信号层上的信号跨越分割实体的缝隙，则信号返回路径就会绕过参考平面上的缝隙，将带来很多问题。如图5所示，信号线跨越参考平面上的缝隙，其返回电流将会绕过缝隙，形成一个大的电流环路，因有缝隙存在，使信号返回路径和信号路径之间的距离发生变化，将导致信号走线的阻抗突变，引起信号来回的反射，如图6所示，信号边沿出现过冲现象，形成振铃信号，信号质量严重降低；过冲现象丰富了谐波频率的能量，使得RF辐射增大。

综上所述，对信号回流路径的规划和对信号线的规划同等重要，这两者之间的关系对信号完整性和电磁兼容性起着至关重要的作用。

4 结语
在低速网络中，之所以不考虑信号返回路径，就是认为所有的电流都将汇合到“地”这个无穷大的容器。认为“地”就是一个等势体，因此不关心其中的电流流动。在高频时，这就是一个错误的观点。因此将地线严格的定义为：“信号流回源的低阻抗路径”。该定义突出了电流的流动，当电流流过有限阻抗时，必然导致电压降，从而反映实际地线上的电位情况。因此在设计高速电路的过程中，要丢掉“地”的概念，像对待信号路径一样对待返回路径。
对于高速信号而言，将没有“地”这一说法。要实现高速信号传输，就必须要有信号路径和信号返回路径，而信号的返回电流总是寻找阻抗值最低的路径返回，而在PCB上的返回路径就是参考平面或信号路径周围的其他导体，若是没有很好的返回路径，那么自由空间就成为了信号的返回路径，这就带来了严重的EMC问题。信号返回路径与信号线阻抗存在直接关系，因此信号返回路径的不确定性可能会导致信号线阻抗突变，引起信号线上信号的来回反射，使信号形成振铃，严重降低信号的质量，造成信号失真、时序错乱等严重的问题，加深RF辐射，降低电路抗干扰能力等。因此要提高信号的质量和减小RF辐射，提高电路抗干扰能力，其中之一的解决办法就是，控制信号的回流路径，使其尽量的平行且靠近信号线，一般都是提供一个相对完整的参考层。