信號包地目的有兩種,,一是包地線負責回流,二是負責隔離,也就是防止串擾,。 但是有時候包地線處理不好,,反而會使信號變得更差。 對于如下結構,,DDR4的DQ信號之間為了防止彼此串擾,,用了包地線; 下面我們來看一下,,不考慮鄰近的信號線和包地線,,單根信號線上的信號: 接下來看一下,沒有包地線,,考慮鄰近的信號串擾后波形如下,,注意未進行包地處理時,信號線間距為3倍線寬: 考慮兩側都有攻擊線串擾時,,波形如下: 可以看到,,信號間距為3倍線寬時,串擾會有一定影響,,但是只要端接良好,,當前結構中串擾不構成本質影響; 將信號間距調整為1倍間距時,,波形如下: 此時,,由于信號線間距比較近了,串擾影響已經非常大了,,此時不能忽略,; 那么可以用哪些措施解決呢,首先要保證良好的端接,,其次我們來對比一下,,信號上升時間對串擾的影響: 通過對比,可以知道,,在時序允許的條件下,,選取上升邊沿較緩的驅動,串擾更??; 下面對比,傳輸線耦合長度: 通過對比發(fā)現(xiàn),,耦合長度(平行走線長度)越長,,串擾越大,; 綜上發(fā)現(xiàn),信號線間距,、信號線耦合長度,、信號上升時間,這些因素對于串擾的影響,,某些情況下,,串擾并不構成本質影響,當然是否良好端接也至關重要,。 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 下面我們就來看一下,,在線間距為3倍線寬的信號線間加入包地線后的影響。 給我們的直觀印象是,,中間插入的是GND,,無論如何,總比什么也沒有好,,如果存在這種印象,,就說明對信號如何在傳輸線中傳輸不夠清晰。 對于微帶線而言,,它的電磁場和電流分布如下: 而對于電流分布仿真時,,軟件并不關心傳輸路徑和參考路徑的電氣網絡是什么,這也就是說,,微帶線這種物理結構本身就為信號在其中傳播提供了物理環(huán)境,,這當然是因為,兩個導體中間存在互容,、互感,因此在參考路徑中耦合出了返回電流,,也因此,,信號可以在其中傳播。 而對于臨近傳輸線而言,,他們之間也存在互容,、互感,如下圖,,也因此他們之間必然有耦合電流,,而攻擊線的耦合電流一旦進入鄰近的傳輸線(受害線),那么它在受害線中就進行傳播,,和受害線本身的信號疊加,,從而干擾信號,這就是串擾,,正如上邊所說,,傳輸線這種物理結構本身就是導致串擾和信號傳播的物理結構,,即便他是GND。 回到最開始的PCB包地結構,,我們不難發(fā)現(xiàn),,包地線本身構成了信號的傳輸路徑和串擾的耦合路徑; 也就是說,,原來線間距為3倍線寬,,加入包地線之后,變成了1倍線寬,,這似乎說明包地線注定要導致信號串擾變大,。 先別急著下結論,歷史是經得住考驗的,,我們進一步探究根源,。 還有一點我們沒有考慮,那就是,,我們說過,,信號的端接也至關重要,信號線傳輸?shù)浇邮斩酥笥?/span>ODT端接(比如50 Ohm),,而包地線傳輸?shù)侥┒撕?,經過過孔回到GND中,也就是端接電阻近似為0 Ohm,,這樣的話,,在這里就會產生負反射,回到原端之后,,同樣是0 Ohm的負反射,,因此信號在包地線上來回反射,再持續(xù)反過來影響傳輸線,。 我們先來仿真觀察,,當攻擊線上驅動一個上升跳變邊沿時,在包地線上耦合出了如下串擾信號,,注意,,此時對包地線特別做了50 Ohm端接。 下面,,將包地線的端接去掉,,改換成0 Ohm,再來觀察: 串擾開始震蕩,,這就是串擾在包地線上來回反射的結果,; 我們再來對比沒有包地線、包地線端接,、包地線沒有端接時的受害線串擾量和信號眼圖: 沒有包地線 包地線兩端接地 通過串擾和眼圖對比發(fā)現(xiàn),,包地線引入的串擾,,不容忽視,而實際中的包地線就是兩端接地的,,那么怎么辦的,,還能包地么? 對于這種情況,,可以在包地線中繼續(xù)打地孔,,減小地孔之間的距離,從而提高包地線結構的諧振頻率,,使其對當前信號不構成影響,。 當前結構,包地線為2000 mil,,在包地線中間加一個地孔,,觀察眼圖: 在此基礎上,進一步在包地線中平均的加入地孔后,,眼圖如下: 孔間距為500mil 孔間距為200mil 孔間距為100mil 結論: 1,、信號之間的串擾和信號本身的端接有關,做好自身端接,,有助于減小串擾,; 2、串擾大小和信號線間距,、傳輸線耦合長度,、信號本身邊沿陡峭程度有關,可 以從這幾點入手減小串擾,; 3,、注意,包地線也是傳輸線結構,,信號同樣能夠耦合到包地線中,,而包地線是沒 有端接的; 4,、如需包地,注意包地線和信號線之間的距離,,距離越近,,包地線和傳輸線的耦 合越大,由于包地線處理不妥善引起的串擾也越大,; 5,、包地線兩個地孔之間的距離和引起諧振的頻率相關,距離越大,,其長度對應諧 振頻率的波長也越大,,通過減小地孔間距使諧振頻率向高頻移動,,減小當前諧 振,減小包地線引起的串擾,; 6,、包地線的地孔距離大概是信號包含最高頻率對應波長的1/10左右時,基本可以 抵消包地線引起的反射震蕩,; 7,、全面評估是否需要包地,如需包地,,確保包地線的地孔數(shù)量和地孔間距,; 8、還有一個注意點,,就是在包地線上打了很多地孔后,,還要注意包地線的兩端是 否在最終端打了地孔,此處的stub長度不要忽略,。 |
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來自: 李清龍1023 > 《PCB及PCBLayout》