高速信號回流環(huán)路實(shí)際分析
發(fā)布時間:2020-11-10 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】假設(shè)回流路徑是兩邊包地,信號流向?yàn)閺挠蚁蜃螅逻叢糠职丶t色路徑為回流信號,此時回流信號向右走,但是因?yàn)榍懊鏇]有接地孔,所以信號返回,尋找最小路徑(圖中下邊白色路徑)。
1、實(shí)際走線分析:
上面的走線橘色為信號走線,周圍綠色(波浪標(biāo)注)為周圍包地,下方為第二層完整地平面。
從上圖來看設(shè)計(jì)師的本意是好的,有參考地平面,周圍也有包地,此時設(shè)計(jì)正確的話可以保證回流路徑阻抗最小,因?yàn)榭梢詮膬蛇叞鼗亓骱偷仄矫婊亓?,此時可以效果最好。
但是,上面出現(xiàn)的問題就是包地并未通過地孔和地平面連接起來。具體如下所示:
假設(shè)回流路徑是兩邊包地,信號流向?yàn)閺挠蚁蜃螅逻叢糠职丶t色路徑為回流信號,此時回流信號向右走,但是因?yàn)榍懊鏇]有接地孔,所以信號返回,尋找最小路徑(圖中下邊白色路徑);另上邊回流也是,因?yàn)榭拷^孔處無接地過孔,則信號沿著灰色路線找到最近的接地過孔,此時這兩個不完整的包地,導(dǎo)致了信號路徑阻抗不是最小,且下邊走線較細(xì),寄生電感較大,且為一端接地,此時模型就是一個天線,很有可能導(dǎo)致“天線輻射能量”,所以有了完整的地平面,包地只是錦上添花的行為,但是一定要注意包地處理不好,有可能導(dǎo)致更為嚴(yán)重的輻射。
最好的解決方法如下:
在兩邊包地線上沿一定距離打上接地/包地過孔,此時可以解決回流路徑阻抗增大的問題。
2、實(shí)際走線分析
如下圖所示為一組PCIE走線,其中包括三組差分線,發(fā)送、接收和時鐘參考。如下走線差分線走的沒有問題,但是背部的橫向走線切斷了背面的完整地平面,雖然走線周圍是有完整包地的,但是地平面被三端走線破壞嚴(yán)重。如果做高速分析以及實(shí)際測試驗(yàn)證很久的話,我們都知道完整的地平面是根本,周圍包地只是錦上添花的行為,我們以時鐘來分析信號回流。
時鐘信號回流分析:
時鐘信號是由PCIE主機(jī)給到PCIE從機(jī)的,所以信號流向是指向左下角的。而此時的信號回流路徑包含包地路徑和地平面路徑。
包地路徑很好,信號直接沿著包地路徑回流沒有多大問題;但是對于地平面回流就存在問題了,所以此時來看一下:
假設(shè)地平面回流信號在未分割處是在信號下方鏡像回流,但是因?yàn)橄路阶呔€導(dǎo)致地平面被破壞,假設(shè)黃色箭頭指示為地平面回流信號,當(dāng)遇到分割,則電流沿著分割界面一直走,直到繞過分割平面,然后再回到信號路徑鏡像對應(yīng)面;當(dāng)然也有一條路徑是尋找最近過孔,如白色路徑,沿著過孔走頂層,再經(jīng)過過孔回到底層參考地,此時大家發(fā)現(xiàn)一個很明顯的問題那就是路程變長了(因?yàn)槔@路了),此時在低頻下沒有問題,但是在高頻下速率很高,一個簡單的上升沿就可能導(dǎo)致輻射嚴(yán)重超標(biāo),而此時回流路徑變長,寄生電感增加,感抗變大,很有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的EMC問題,所以請一定不要這樣做。
所以成本允許的話,對于這種一定設(shè)計(jì)為四層板,因?yàn)閮蓪影逭娴暮茈y找到一個完整的地參考平面,哪怕四層板完整的參考地沒有,但是對應(yīng)信號層找出完整的電源平面也是可以的。另外而言,是在不允許,則可以在分割的兩個地之間連接一個0歐姆電阻,也就是我們俗稱的“跨接電阻”,就是把兩邊連接起來,此時回流信號直接走我們搭建的“跨街橋”就行,不用繞路,當(dāng)然阻抗就是最小的。
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