信號(hào)包地反而更差？

信號(hào)包地目的有兩種，一是包地線負(fù)責(zé)回流，二是負(fù)責(zé)隔離，也就是防止串?dāng)_。

  但是有時(shí)候包地線處理不好，反而會(huì)使信號(hào)變得更差。

  對(duì)于如下結(jié)構(gòu)，DDR4的DQ信號(hào)之間為了防止彼此串?dāng)_，用了包地線；

  1、下面我們來(lái)看一下，不考慮鄰近的信號(hào)線和包地線，單根信號(hào)線上的信號(hào)：

  信號(hào)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，接收端內(nèi)部ODT端接，信號(hào)質(zhì)量還是比較良好的；

  2、接下來(lái)看一下，沒(méi)有包地線，考慮鄰近的信號(hào)串?dāng)_后波形如下，注意未進(jìn)行包地處理時(shí)，信號(hào)線間距為3倍線寬：

  3、考慮兩側(cè)都有攻擊線串?dāng)_時(shí)，波形如下：

  可以看到，信號(hào)間距為3倍線寬時(shí)，串?dāng)_會(huì)有一定影響，但是只要端接良好，當(dāng)前結(jié)構(gòu)中串?dāng)_不構(gòu)成本質(zhì)影響；

  4、將信號(hào)間距調(diào)整為1倍間距時(shí)，波形如下：

  此時(shí)，由于信號(hào)線間距比較近了，串?dāng)_影響已經(jīng)非常大了，此時(shí)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(lái)對(duì)比一下，信號(hào)上升時(shí)間對(duì)串?dāng)_的影響：

  通過(guò)對(duì)比，可以知道，在時(shí)序允許的條件下，選取上升邊沿較緩的驅(qū)動(dòng)，串?dāng)_更小；

  下面對(duì)比，傳輸線耦合長(zhǎng)度：

  通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，耦合長(zhǎng)度（平行走線長(zhǎng)度）越長(zhǎng)，串?dāng)_越大；

  綜上發(fā)現(xiàn)，信號(hào)線間距、信號(hào)線耦合長(zhǎng)度、信號(hào)上升時(shí)間，這些因素對(duì)于串?dāng)_的影響，某些情況下，串?dāng)_并不構(gòu)成本質(zhì)影響，當(dāng)然是否良好端接也至關(guān)重要。

  加入地線的影響

  下面我們就來(lái)看一下，在線間距為3倍線寬的信號(hào)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(wú)論如何，總比什么也沒(méi)有好，如果存在這種印象，就說(shuō)明對(duì)信號(hào)如何在傳輸線中傳輸不夠清晰。

  對(duì)于微帶線而言，它的電磁場(chǎng)和電流分布如下：

  而對(duì)于電流分布仿真時(shí)，軟件并不關(guān)心傳輸路徑和參考路徑的電氣網(wǎng)絡(luò)是什么，這也就是說(shuō)，微帶線這種物理結(jié)構(gòu)本身就為信號(hào)在其中傳播提供了物理環(huán)境，這當(dāng)然是因?yàn)?，兩個(gè)導(dǎo)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(hào)可以在其中傳播。

  而對(duì)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(jìn)入鄰近的傳輸線（受害線），那么它在受害線中就進(jìn)行傳播，和受害線本身的信號(hào)疊加，從而干擾信號(hào)，這就是串?dāng)_，正如上邊所說(shuō)，傳輸線這種物理結(jié)構(gòu)本身就是導(dǎo)致串?dāng)_和信號(hào)傳播的物理結(jié)構(gòu)，即便他是GND。

 臨近線之間耦合出來(lái)的電流

  回到最開(kāi)始的PCB包地結(jié)構(gòu)，我們不難發(fā)現(xiàn)，包地線本身構(gòu)成了信號(hào)的傳輸路徑和串?dāng)_的耦合路徑；

  也就是說(shuō)，原來(lái)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(shuō)明包地線注定要導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_變大。

  先別急著下結(jié)論，歷史是經(jīng)得住考驗(yàn)的，我們進(jìn)一步探究根源。

  還有一點(diǎn)我們沒(méi)有考慮，那就是，我們說(shuō)過(guò)，信號(hào)的端接也至關(guān)重要，信號(hào)線傳輸?shù)浇邮斩酥笥蠴DT端接（比如50 Ohm），而包地線傳輸?shù)侥┒撕?，?jīng)過(guò)過(guò)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(huì)產(chǎn)生負(fù)反射，回到原端之后，同樣是0 Ohm的負(fù)反射，因此信號(hào)在包地線上來(lái)回反射，再持續(xù)反過(guò)來(lái)影響傳輸線。

  我們先來(lái)仿真觀察，當(dāng)攻擊線上驅(qū)動(dòng)一個(gè)上升跳變邊沿時(shí)，在包地線上耦合出了如下串?dāng)_信號(hào)，注意，此時(shí)對(duì)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(lái)觀察：

  串?dāng)_開(kāi)始震蕩，這就是串?dāng)_在包地線上來(lái)回反射的結(jié)果；

  我們?cè)賮?lái)對(duì)比沒(méi)有包地線、包地線端接、包地線沒(méi)有端接時(shí)的受害線串?dāng)_量和信號(hào)眼圖：

沒(méi)有包地線

 包地線端接

包地線兩端接地

  通過(guò)串?dāng)_和眼圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，包地線引入的串?dāng)_，不容忽視，而實(shí)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(duì)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(jié)構(gòu)的諧振頻率，使其對(duì)當(dāng)前信號(hào)不構(gòu)成影響。

  當(dāng)前結(jié)構(gòu)，包地線為2000 mil，在包地線中間加一個(gè)地孔，觀察眼圖：

  在此基礎(chǔ)上，進(jìn)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

  小結(jié)

  1、信號(hào)之間的串?dāng)_和信號(hào)本身的端接有關(guān)，做好自身端接，有助于減小串?dāng)_；

  2、串?dāng)_大小和信號(hào)線間距、傳輸線耦合長(zhǎng)度、信號(hào)本身邊沿陡峭程度有關(guān)，可以從這幾點(diǎn)入手減小串?dāng)_；

  3、注意，包地線也是傳輸線結(jié)構(gòu)，信號(hào)同樣能夠耦合到包地線中，而包地線是沒(méi)有端接的；

  4、如需包地，注意包地線和信號(hào)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?dāng)_也越大；

  5、包地線兩個(gè)地孔之間的距離和引起諧振的頻率相關(guān)，距離越大，其長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)諧振頻率的波長(zhǎng)也越大，通過(guò)減小地孔間距使諧振頻率向高頻移動(dòng)，減小當(dāng)前諧振，減小包地線引起的串?dāng)_；

  6、包地線的地孔距離大概是信號(hào)包含最高頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/10左右時(shí)，基本可以抵消包地線引起的反射震蕩；

  7、全面評(píng)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(gè)注意點(diǎn)，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(zhǎng)度不要忽略。