Перейти к содержанию

Путь обратного тока

Ток всегда течёт по замкнутой петле: к приёмнику — по дорожке, обратно — по земле. Куда пойдёт обратный ток, решает разводка, и от этого зависят излучение платы и помехи между сигналами.

Обновлено Редакция GAW

Путь обратного тока (return path) — дорога, по которой ток сигнала возвращается от приёмника к источнику. Любой сигнал на плате — замкнутая петля: ток уходит по дорожке и возвращается по земле. Между дорожкой и обратным путём получается площадь, и по руководству TI SLVA959B эта петля работает как антенна: её излучение зависит от амплитуды тока, частоты сигнала и площади.

На высоких частотах обратный ток сам выбирает путь с наименьшей индуктивностью — прямо под дорожкой. Если под дорожкой сплошная плоскость земли, петля минимальна. Проблемы начинаются, когда этот путь прерывается:

СитуацияЧто происходит
Дорожка над разрезом в землеток обходит разрез, петля растёт, сигнал наводит помехи на чужую землю (SCAA082A)
Ряд переходных отверстий вплотнуюв плоскости появляется прорезь, которую ток обходит (SCAA082A, SLVA959B)
Смена слоя дорожкойток должен перейти на другую плоскость; без рядом стоящего пути он делает крюк
Разъём или компонент, разрывающий плоскостьпетля вокруг разрыва (SLVA959B)

Отсюда правила разводки:

  • сигнальную дорожку ведут над сплошной землёй и не пересекают ею разрезы;
  • при смене слоя рядом с сигнальным переходным отверстием ставят земляное — получается подобие коаксиальной линии (SCAA082A);
  • если трасса переходит между разными плоскостями земли, их сшивают отверстиями не дальше 200 мил (5,1 мм) от сигнальных (SPRAAR7J);
  • быстрый сигнал по возможности ведут с одной опорной землёй от начала до конца.

Подробнее — в статьях «Слои печатной платы» и «Переходные отверстия».

Частые вопросы

Что такое обратный ток сигнала?

Ток, который возвращается от приёмника к источнику. Сигнал — это всегда замкнутая петля: ток идёт по дорожке к нагрузке и возвращается по земле. На высоких частотах обратный ток идёт по плоскости земли прямо под дорожкой, где площадь петли и индуктивность наименьшие.

Почему важна площадь токовой петли?

Петля работает как антенна. По руководству TI SLVA959B её излучение зависит от амплитуды тока, частоты сигнала и площади петли. Чем меньше площадь, тем меньше плата излучает и тем меньше помех она ловит.

Что происходит с обратным током при смене слоя?

Он тоже должен перейти на другую опорную плоскость. Если рядом нет пути, ток обходит препятствие и петля растёт. Поэтому TI советует ставить рядом с сигнальным переходным отверстием земляные, а при переходе между разными плоскостями земли — сшивающие отверстия не дальше 200 мил (5,1 мм).

Источники

  1. Texas Instruments. High-Speed Layout Guidelines (SCAA082A, revised August 2017) — разд. 2.3 — сигнал над зазором в земле: обратный ток не может идти рядом с дорожкой, образуется петля и наводка на чужую землю; разд. 2.5 — земляные отверстия рядом с сигнальным при смене слоя, как в коаксиальной линии; ряды отверстий создают прорези в земле
  2. Texas Instruments. Best Practices for Board Layout of Motor Drivers (SLVA959B, revised October 2021) — разд. 1.4 — обратный путь каждого сигнала образует токовую петлю — антенну, излучение зависит от амплитуды тока, частоты и площади петли; петли образуются и там, где разъёмы, компоненты или отверстия разрывают плоскость земли
  3. Texas Instruments. High-Speed Interface Layout Guidelines (SPRAAR7J, revised February 2023) — разд. 2 — быстрый сигнал должен иметь одну опорную землю от начала до конца; при смене опорной плоскости — сшивающие отверстия не дальше 200 мил от сигнальных

Нашли ошибку?

Смотрите также