高速電路之信號回流路徑分析
3.4 不完整的參考層對信號的影響
理想的參考層應該為其鄰近信號層上的信號路徑提供完美的返回路徑,理想的參考層應該是一個完整的實體平面。但實際系統中,并不存在這樣的實體平面,比如一個參考平面可能被分配給多個電源網絡,那么實心板就被撕裂成幾個小的部分。類似這種參考平面遭到破壞的情況下,如果鄰近的信號層上的信號跨越分割實體的縫隙,則信號返回路徑就會繞過參考平面上的縫隙,將帶來很多問題。如圖5所示,信號線跨越參考平面上的縫隙,其返回電流將會繞過縫隙,形成一個大的電流環路,因有縫隙存在,使信號返回路徑和信號路徑之間的距離發生變化,將導致信號走線的阻抗突變,引起信號來回的反射,如圖6所示,信號邊沿出現過沖現象,形成振鈴信號,信號質量嚴重降低;過沖現象豐富了諧波頻率的能量,使得RF輻射增大。本文引用地址:http://www.104case.com/article/175849.htm
綜上所述,對信號回流路徑的規劃和對信號線的規劃同等重要,這兩者之間的關系對信號完整性和電磁兼容性起著至關重要的作用。
4 結語
在低速網絡中,之所以不考慮信號返回路徑,就是認為所有的電流都將匯合到“地”這個無窮大的容器。認為“地”就是一個等勢體,因此不關心其中的電流流動。在高頻時,這就是一個錯誤的觀點。因此將地線嚴格的定義為:“信號流回源的低阻抗路徑”。該定義突出了電流的流動,當電流流過有限阻抗時,必然導致電壓降,從而反映實際地線上的電位情況。因此在設計高速電路的過程中,要丟掉“地”的概念,像對待信號路徑一樣對待返回路徑。
對于高速信號而言,將沒有“地”這一說法。要實現高速信號傳輸,就必須要有信號路徑和信號返回路徑,而信號的返回電流總是尋找阻抗值最低的路徑返回,而在PCB上的返回路徑就是參考平面或信號路徑周圍的其他導體,若是沒有很好的返回路徑,那么自由空間就成為了信號的返回路徑,這就帶來了嚴重的EMC問題。信號返回路徑與信號線阻抗存在直接關系,因此信號返回路徑的不確定性可能會導致信號線阻抗突變,引起信號線上信號的來回反射,使信號形成振鈴,嚴重降低信號的質量,造成信號失真、時序錯亂等嚴重的問題,加深RF輻射,降低電路抗干擾能力等。因此要提高信號的質量和減小RF輻射,提高電路抗干擾能力,其中之一的解決辦法就是,控制信號的回流路徑,使其盡量的平行且靠近信號線,一般都是提供一個相對完整的參考層。
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