Проблемы с электромагнитной совместимостью (ЭМС) часто списывают на «плохой корпус» или «шумный источник питания». Но корень зла обычно лежит на уровне топологии платы. Сигнал — это не только дорожка, идущая от источника к приёмнику. У каждого сигнала есть обратный путь, и то, как вы этот путь организовали, определяет уровень излучаемых помех.
Обратный ток всегда ищет кратчайший путь — но не тот, что вы думаете
На постоянном токе обратный ток течёт по пути наименьшего сопротивления. Но на частотах выше единиц килогерц в игру вступает индуктивность, и обратный ток выбирает путь с наименьшей площадью петли. Для дорожки над сплошным полигоном земли обратный ток протекает прямо под дорожкой, по зеркальному пути. Так минимизируется магнитное поле петли, а значит, и излучение.
Если вы пересекаете разрыв в опорном полигоне (например, щель между аналоговой и цифровой землёй), обратный ток вынужден обходить этот разрыв. Петля резко увеличивается, и дорожка превращается в эффективную антенну. Поэтому золотое правило ЭМС: под каждой сигнальной дорожкой должен быть непрерывный опорный слой.
Разрывы и острова
Разрывы земли возникают не только из-за осознанного разделения доменов, но и случайно: плотная группа переходных отверстий, неудачный вырез в полигоне, щель между двумя заливками. Даже одинокое via в сплошном полигоне создаёт небольшое препятствие для обратного тока — антипад вокруг него. Если дорожка проходит над краем такого антипада, часть обратного тока отклоняется. На гигабитных скоростях это измеримая проблема. Вывод: сигнальные дорожки не должны проходить над границами полигонов и над крупными антипадами.