硬件工程師必看:包地與串?dāng)_
發(fā)布時間:2021-03-03 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】工程界常常使用保護(hù)地線進(jìn)行隔離,來抑制信號間的相互干擾。的確,保護(hù)地線有時能夠提高信號間的隔離度,但是保護(hù)地線并不是總是有效的,有時甚至反而會使干擾更加惡化。使用保護(hù)地線必須根據(jù)實際情況仔細(xì)分析,并認(rèn)真處理。
工程界常常使用保護(hù)地線進(jìn)行隔離,來抑制信號間的相互干擾。的確,保護(hù)地線有時能夠提高信號間的隔離度,但是保護(hù)地線并不是總是有效的,有時甚至反而會使干擾更加惡化。使用保護(hù)地線必須根據(jù)實際情況仔細(xì)分析,并認(rèn)真處理。
保護(hù)地線是指在兩個信號線之間插入一根網(wǎng)絡(luò)為GND的走線,用于將兩個信號隔離開,地線兩端打GND過孔和GND平面相連,如圖所示。有時敏感信號的兩側(cè)都放置保護(hù)地線。
要想加入保護(hù)地線,首先必須把兩個信號線的間距拉開到足以容納一根保護(hù)地線的空間,由于拉開了信號線的間距,即使不插入保護(hù)地線,也會減小串?dāng)_。插入保護(hù)地線會有多大的作用?
低頻模擬信號包地
我們來看表層微帶線情況下串?dāng)_的大小。假設(shè)走線是50Ω阻抗控制的,線寬為6mil,介質(zhì)厚度為3.6mil,介電常數(shù)為4.5。并假設(shè)兩路信號都是載波頻率為30Mhz,帶寬為2Mhz的模擬信號。
下圖顯示了三種情況下的遠(yuǎn)端串?dāng)_情況。當(dāng)線間距為6mil時,由于兩條線緊密耦合,遠(yuǎn)端串?dāng)_較大。把間距增加到18mil,遠(yuǎn)端串?dāng)_明顯減小。進(jìn)一步,在兩條線之間加入保護(hù)地線,地線兩端使用過孔連接到地面,遠(yuǎn)端串?dāng)_進(jìn)一步減小。
對于低頻模擬信號之間的隔離,保護(hù)地線的確很有用。這也是很多低頻板上經(jīng)常見到的“包地”的原因。但是,如果需要隔離的數(shù)字信號,情況會有所不同。我們分表層微帶線和內(nèi)層帶狀線兩種情況來討論保護(hù)地線對數(shù)字信號的隔離效果。以下討論我沒假定PCB走線都是50Ω阻抗控制的。
表層走線
仍然使用上面的表層走線疊層結(jié)構(gòu),線寬為6mil,介質(zhì)厚度為3.6mil,介電常數(shù)為4.5。攻擊信號為上升時間Tr=200ps的階躍波形??紤]以下三種情況下的近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的情況,如下圖所示,其中耦合段長度為2000mil。
Case1:兩條走線間距gap=1w(w=6mil表示線寬);
Case2:兩條走線間距gap=3w,僅僅拉大道能夠放下一條保護(hù)線的間距,但不適用保護(hù)線;
Case3:兩條線間距gap=3w,中間使用保護(hù)地線,并在兩端打GND過孔。
下圖顯示了三種情況下串?dāng)_波形,無論是近端串?dāng)_還是遠(yuǎn)端串?dāng)_,走線間距從1w增加到3w時,串?dāng)_都明顯減小。在此基礎(chǔ)上,走線間插入保護(hù)地線,串?dāng)_如下圖中Case 3所示,相比Case 2,插入保護(hù)地線,不但沒有起到進(jìn)一步減小串?dāng)_的作用,反而增大了串?dāng)_噪聲。
這個例子表明,拉開走線間距是最有效的減小串?dāng)_的方法。保護(hù)地線如果使用不當(dāng),可能反而會惡化串?dāng)_。因此,在使用保護(hù)地線時,需要根據(jù)實際情況仔細(xì)分析。保護(hù)地線要想起到應(yīng)有的隔離作用,需要再地線上添加很多GND過孔,過孔間距應(yīng)小于1/10λ,如圖所示。λ為信號中最高頻率成分對應(yīng)的波長。
內(nèi)層走線
對于內(nèi)層走線,如下圖所示:
介電常數(shù)為4.5,阻抗為50Ω??紤]到下圖三種情況。攻擊信號為上升時間Tr=200ps的階躍波形,入射信號幅度500mv,耦合長度為2000mil,近端串?dāng)_如圖所示,加入了保護(hù)地線,近端串?dāng)_從3.44mV進(jìn)一步減小到了0.5mV。信號隔離度提高了16B。對于內(nèi)層走線,加入保護(hù)地線能夠獲得更大的隔離度。
對于表層走線來說,使用密集型的GND過孔,對提升隔離效果是有好處的。但是,對于內(nèi)層走線來說,使用密集型的GND過孔幾乎得不到額外的好處,下圖對比了GND過孔間距為2000mil(保護(hù)地線兩端打GND過孔)和GND過孔間距為400mil時的近端串?dāng)_情況,串?dāng)_量幾乎沒有變化。
間距增加到5w時情況如何?
當(dāng)走線間距進(jìn)一步加大,保護(hù)地線仍保持在6mil的線寬時,對于表層走線來說,保護(hù)地線的作用減小。在下圖中,兩條線間距拉到5w時,兩種情況下近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_量和不使用保護(hù)地線情況相當(dāng),沒有明顯改善。因此,對于表層走線來說,走線間距很大時,中間再加入保護(hù)地線,幾乎沒有什么效果,如果處理不好反而會使串?dāng)_惡化。
對于內(nèi)層走線來說,保護(hù)地線仍然會起很大作用。如下圖,內(nèi)層間距為5W,兩種情況下近端串?dāng)_噪聲波形如圖。中間加入了保護(hù)地線,能明顯改善近端串?dāng)_。
結(jié)論
1)保護(hù)地線對低頻模擬信號的隔離通常都是有效的。但是在數(shù)字信號之間的保護(hù)走線并不是那么有用,有時反而會使情況更惡化。
2)對于表層走線,如果保護(hù)地線的GDN孔間距很大,可能會使串?dāng)_更加嚴(yán)重,必須使用非常密集的GND孔才能起到隔離的效果。
3)對于內(nèi)層走線,保護(hù)地線可以減小近端串?dāng)_。
(來源:CSDN,作者:硬件工程師煉成之路)
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動的全面進(jìn)化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時序和自舉電容問題
- 熱電偶的測溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實驗室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實驗:變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書
電阻測試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動力電池
動力控制
獨石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號