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高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?

發(fā)布時(shí)間:2019-11-20 來(lái)源:蔣修國 責任編輯:wenwei

【導讀】前段時(shí)間在好幾個(gè)場(chǎng)合分享了如何進(jìn)行串擾的仿真和測試。所以就著(zhù)之前的研究寫(xiě)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(xiàn)分段太多,所以截圖放到文中就非常的不清晰。有機會(huì )可以再與大家進(jìn)一步的探討。
 
前面介紹了很多串擾的內容,包括了串擾的來(lái)源和形成、串擾的類(lèi)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(luò )用地網(wǎng)絡(luò )保護起來(lái)。大家通常把這個(gè)增加的地網(wǎng)絡(luò )叫保護線(xiàn),如下圖所示:
 
高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
這個(gè)地網(wǎng)絡(luò )真的就可以保護信號網(wǎng)絡(luò )了嗎?尤其是上圖所示的這類(lèi)地網(wǎng)絡(luò )(沒(méi)有加地過(guò)孔)。本文和大家一起來(lái)討論下這個(gè)地網(wǎng)絡(luò )是否真的一定需要增加。
 
通常情況下,如果沒(méi)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(shí),保護地線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
對于這類(lèi)復雜的問(wèn)題,我們可以通過(guò)建模進(jìn)行仿真分析。在A(yíng)DS中建立一個(gè)簡(jiǎn)單的模型,即可對其進(jìn)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(shí),一般保護地線(xiàn)會(huì )離被保護的信號網(wǎng)絡(luò )1W(線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
如果把在保護地按十分之一波長(cháng)接地(相當于接地過(guò)孔),其結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
如果加了保護線(xiàn),但是沒(méi)有連接到地線(xiàn)上去,其結構如下圖所示:
 
高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
沒(méi)有保護地的結構,則兩個(gè)信號網(wǎng)絡(luò )之間的間距就會(huì )比較大,建模如下圖所示:
 
高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)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(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
把四個(gè)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(méi)有保護地線(xiàn)、dB(Guardtrace_2..S(3,1))表示有包含地線(xiàn)的結果,但是中間沒(méi)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(cháng)接地、dB(Guardtrace_open..S(3,1))表示沒(méi)有接地(開(kāi)路)的結果:
 
高速PCB設計時(shí),保護地線(xiàn)要還是不要?
 
從對比結果上看,顯然,當加了保護地,而沒(méi)有連接到GND上時(shí),串擾是最大的。當加了保護地,但是如果沒(méi)有按照十分之一波長(cháng)加地孔,串擾也會(huì )比較大,如果加了,則串擾會(huì )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(huì )比按十分之一波長(cháng)加地孔大一些。
 
以上的結論是在有限的實(shí)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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