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:
- 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。
- 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:
- 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。
- 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。
獲得硬件資料,歡迎關注微信公衆號:硬件工程師煉成之路。