串擾與包地:
串擾與包地一直是業界非常關心的一個問題,圍繞著它們的爭論非常多,那到底是包地好
還是不包地好呢?高速先生嘗試著從理論和實際測試上來給大家做一個分析。
為了驗證它,高速先生做了以下幾種情況,如圖5-13所示。
圖5-13中所有的走線都是9 mil的微帶線;最左邊casel走線的空氣間距為9 mil;中間case2走線的空氣間距為27 mil;最右側case3走線的空氣間距為27 mil,并且在中間加入一根地線。將信號線的兩端端接,并給干擾線加上一個1 GHz的周期信號時,測量被干擾線上的串擾幅值(見表5-1),結果如圖5-14所示。
可以很明顯地看到,加入一根地線后,遠端串擾沒什么變化,但是近端串擾反而加大了,出現了類似于遠端串擾的脈沖信號。
這是由于地線也是線,端接到地的點會產生一個反射系數為一1的反射。而我們平時分析串擾時,拓撲結構如圖5-15所示。
注意圖5-15中的數字:發送端為“1”,接收端為“2”,被干擾線近端為“3”,被干擾線遠端為“4”。為了簡化問題,我們將各端口處加上50 Ω端接,這樣我們看到的就是不帶反射的純串擾。當在端口1輸入一個上升沿時,各個端口處的信號如圖5-16所示。
當地線是被干擾線時,拓撲結構如圖5-17所示。
為了讓仿真軟件能識別,這里使用的是1Ω電阻接在被干擾線兩端,相當于短路,反射系數約等于一1。同時,我們在地線的中間,加上一個觀測點為“5”。這時的仿真結果如圖5-18所示。
大家看一下近端與遠端的串擾,好像沒有了,可能有些人第一反應出來的問題是:走線接在地上,地的電平是0,在這根線上測量到的電平當然也是0,怎么可能會測到串擾呢?
其實在兩端測不到串擾是因為在這個點的反射系數為-1,每時每刻的電壓等于入射波加上反射波。這里入射波與反射波互為相反數,加起來之后這個點電壓當然是0了。
在這兩個點測量到的電平為0時,可以得出整條地線上的電平都是0嗎?當然不行,我們已經注意到,接收端“2”處的電壓是有周期性“毛刺”的。
這時,地線中間的觀測點“5”就起作用了,如圖5-19所示。
加入觀測點“5”的信號后,就會發現在地線(被干擾線)上是不停有遠端串擾來回反射。由于這個遠端串擾的存在,地線變成了一個新的“干擾線”,而原本的干擾線變成了一個被干擾者。對于平時所用的包地設計來說,這根地線也會影響被地線隔開的另外一條信號線。
從S參數中,可以很明顯地看出這樣一個周期性的來回反射對靜態線的影響,如圖5-20
所示。
需要注意的是,通常我們在地線上可以觀測到的信號為遠端串擾所導致。而近端串擾由于持續時間長達兩倍的傳輸延時,所以在傳輸線的各個位置,入射信號都會與反射信號抵消。
因為大部分帶狀線沒有遠端串擾的特性,所以在帶狀線之間插入一根地線,可以起到一定的減小串擾的作用。不過帶狀線包地的用處通常非常小,在能插入地線的情況下,這根地線所能減小的串擾率可能小于千分之一。
對于高速數字信號,并且是走微帶線的情況下,插入一根地線可能對信號產生負面的影響。如果一定要加入地線,需要在走線上加人足夠的地孔,或者地線足夠寬,寬得像一個平面。