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高速PCB設計時,保護地線要還是不要?

發(fā)布時間:2019-11-20 來源:蔣修國 責任編輯:wenwei

【導讀】前段時間在好幾個場合分享了如何進行串擾的仿真和測試。所以就著之前的研究寫了本文。本文中有的拓撲結構看不清楚主要原因是原理圖中傳輸線分段太多,所以截圖放到文中就非常的不清晰。有機會可以再與大家進一步的探討。
 
前面介紹了很多串擾的內容,包括了串擾的來源和形成、串擾的類型、串擾的仿真和測試等,也介紹了一些減少串擾的方法,其中有一條減少串擾的方法就是把重要的信號網(wǎng)絡用地網(wǎng)絡保護起來。大家通常把這個增加的地網(wǎng)絡叫保護線,如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
這個地網(wǎng)絡真的就可以保護信號網(wǎng)絡了嗎?尤其是上圖所示的這類地網(wǎng)絡(沒有加地過孔)。本文和大家一起來討論下這個地網(wǎng)絡是否真的一定需要增加。
 
通常情況下,如果沒有保護地的設計或者隔離地的結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
如果加保護地的結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
對于這類復雜的問題,我們可以通過建模進行仿真分析。在ADS中建立一個簡單的模型,即可對其進行定性的研究。不同的結構分別可以建模如下。
 
考慮有保護地時,一般保護地線會離被保護的信號網(wǎng)絡1W(線寬)或者1H(信號到參考層的距離),建模如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
如果把在保護地按十分之一波長接地(相當于接地過孔),其結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
如果加了保護線,但是沒有連接到地線上去,其結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
沒有保護地的結構,則兩個信號網(wǎng)絡之間的間距就會比較大,建模如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
把四個仿真結果放置在一起,其結果對比如下圖所示,dB(S(3,1))表示沒有保護地線、dB(Guardtrace_2..S(3,1))表示有包含地線的結果,但是中間沒有接地、dB(Guardtrace_2gnd..S(3,1))表示有保護地的結果,按十分之一波長接地、dB(Guardtrace_open..S(3,1))表示沒有接地(開路)的結果:
 
高速PCB設計時,保護地線要還是不要?
 
從對比結果上看,顯然,當加了保護地,而沒有連接到GND上時,串擾是最大的。當加了保護地,但是如果沒有按照十分之一波長加地孔,串擾也會比較大,如果加了,則串擾會更好。當然,如果有足夠的空間,不加保護地,其結果也相對比較好,但是會比按十分之一波長加地孔大一些。
 
以上的結論是在有限的實驗中獲得的,也是近期研究串擾的部分結論,還有部分結果,等驗證板完成后再做分享,所以結論僅供參考。如果大家有興趣,也可以自行多加分析研究。
 
 
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