硬件工程師必看:包地與串擾

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管理員 2021-03-28 21:31

保護地線是指在兩個信號線之間插入一根網絡為GND的走線,用于將兩個信號隔離開,地線兩端打GND過孔和GND平面相連,如圖所示。有時敏感信號的兩側都放置保護地線。

要想加入保護地線,首先必須把兩個信號線的間距拉開到足以容納一根保護地線的空間,由于拉開了信號線的間距,即使不插入保護地線,也會減小串擾。插入保護地線會有多大的作用?

低頻模擬信號包地

我們來看表層微帶線情況下串擾的大小。假設走線是50Ω阻抗控制的,線寬為6mil,介質厚度為3.6mil,介電常數為4.5。并假設兩路信號都是載波頻率為30Mhz,帶寬為2Mhz的模擬信號。

Case1:兩條走線間距gap=1w(w=6mil表示線寬);

Case2:兩條走線間距gap=3w,僅僅拉大道能夠放下一條保護線的間距,但不適用保護線;

Case3:兩條線間距gap=3w,中間使用保護地線,并在兩端打GND過孔。


這個例子表明,拉開走線間距是最有效的減小串擾的方法。?保護地線如果使用不當,可能反而會惡化串擾。因此,在使用保護地線時,需要根據實際情況仔細分析。保護地線要想起到應有的隔離作用,需要再地線上添加很多GND過孔,過孔間距應小于1/10λ,如圖所示。λ為信號中最高頻率成分對應的波長。

介電常數為4.5,阻抗為50Ω。考慮到下圖三種情況。攻擊信號為上升時間Tr=200ps的階躍波形,入射信號幅度500mv,耦合長度為2000mil,近端串擾如圖所示,加入了保護地線,近端串擾從3.44mV進一步減小到了0.5mV。信號隔離度提高了16B。對于內層走線,加入保護地線能夠獲得更大的隔離度。


間距增加到5w時情況如何?


當走線間距進一步加大,保護地線仍保持在6mil的線寬時,對于表層走線來說,保護地線的作用減小。在下圖中,兩條線間距拉到5w時,兩種情況下近端串擾和遠端串擾量和不使用保護地線情況相當,沒有明顯改善。因此,對于表層走線來說,走線間距很大時,中間再加入保護地線,幾乎沒有什么效果,如果處理不好反而會使串擾惡化。

結論

1)保護地線對低頻模擬信號的隔離通常都是有效的。但是在數字信號之間的保護走線并不是那么有用,有時反而會使情況更惡化。

2)對于表層走線,如果保護地線的GDN孔間距很大,可能會使串擾更加嚴重,必須使用非常密集的GND孔才能起到隔離的效果。

3)對于內層走線,保護地線可以減小近端串擾。



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