屏蔽地線對阻抗的影響

在PCB設計中,經常會對時鐘,關鍵信號等包地處理,但是,你真的會包嗎?

在實際的設計中,經常在關鍵的信號線兩邊各加一條地線。目的在於提供一個低電感的地迴路,從而減少相鄰線之間的串擾與傳導、輻射的影響。但增加了地線的同時,也改變了信號的電磁場分佈,降低了信號線的阻抗。

 

地線與信號線之間的距離對信號阻抗的影響

爲了研究屏蔽地線對信號的影響,我們設置瞭如下PCB走線結構。該結構爲標準的對稱帶狀線,信號+,信號-爲差分線的正負走線,兩邊爲包地線,現固定信號走線的線寬爲8mil,正負信號之間的間距爲8mil,兩個地板之間的間距爲12.5mil或51.18mil。PCB結構圖如下:

當兩地板間距=12.50mil時,阻抗隨地線到信號線之間的間距變化的情況如下圖:

當兩地板間距=27.36mil時,阻抗隨着地線到信號線之間的間距變化的情況如下表:

當兩地板間距=50mil時,阻抗隨着地線到信號線之間的間距變化的情況如下表:

由上面的變化曲線可以得到:

  1. 隨着地線到信號線的距離的增大,地線對信號線阻抗的影響逐漸減弱
  2. 當兩地板之間的間距爲10mil時,隨着地線到信號的間距從4mil變化到26mil,信號線阻抗基本上沒有變化;當兩地板之間的間距爲27mil時,隨之地線到信號的間距從4mil變化到26mil,信號線阻抗從48歐姆變化到54歐姆;當兩地板之間的間距爲50mil時,隨之地線到信號的間距從4mil變化到26mil,信號線的阻抗從55歐姆變化到70歐姆。所以,地線對信號線阻抗的影響隨之兩個地板之間的間距的增大而增強這是由於隨之信號線到地板距離的增大,信號線到地板的耦合逐漸減弱,到地線的耦合逐漸增強造成的。

 

屏蔽地線線寬對阻抗的影響

爲了研究屏蔽地線的線寬對信號走線阻抗的影響,我沒設置以下結構:固定信號走線的線寬爲8mil,差分信號走線的間距爲8mil,兩地板之間的間距爲27.38mil。地線到信號之間的間距爲6mil或12mil。

從上面兩組變化趨勢以XTK仿真軟件計算可以得到以下結論:

  1. 屏蔽地線的線寬對信號的阻抗影響不是單調的,且對信號的影響較弱。隨着屏蔽地線線寬從4mil變化到無窮大,相應的阻抗變化只是在一個歐姆內擺動。所以在進行PCB設計時,爲了節省佈線空間,可以用較細的地線作爲屏蔽
  2. 當地線到信號的間距爲6mil時,單線阻抗降低4個歐姆左右,差分阻抗降低5個歐姆左右。當地線到信號的距離爲12mil時,單線阻抗降低1個歐姆左右,差分阻抗也降低一個歐姆左右。所以包地線不能離屏蔽地線距離過近。

對於關鍵信號線與接口信號,可考慮用包地線屏蔽。

 

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