信號包地反而更差？

信號包地目的有兩種，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)_。

  但是有時候包地線處理不好，反而會使信號變得更差。

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

  1、下面我們來看一下，不考慮鄰近的信號線和包地線，單根信號線上的信號：

  信號為點對點結(jié)構(gòu)，接收端內(nèi)部ODT端接，信號質(zhì)量還是比較良好的；

  2、接下來看一下，沒有包地線，考慮鄰近的信號串?dāng)_后波形如下，注意未進行包地處理時，信號線間距為3倍線寬：

  3、考慮兩側(cè)都有攻擊線串?dāng)_時，波形如下：

  可以看到，信號間距為3倍線寬時，串?dāng)_會有一定影響，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、將信號間距調(diào)整為1倍間距時，波形如下：

  此時，由于信號線間距比較近了，串?dāng)_影響已經(jīng)非常大了，此時不能忽略；

  那么可以用哪些措施解決呢，首先要保證良好的端接，其次我們來對比一下，信號上升時間對串?dāng)_的影響：

  通過對比，可以知道，在時序允許的條件下，選取上升邊沿較緩的驅(qū)動，串?dāng)_更?。?/p>

  下面對比，傳輸線耦合長度：

  通過對比發(fā)現(xiàn)，耦合長度（平行走線長度）越長，串?dāng)_越大；

  綜上發(fā)現(xiàn)，信號線間距、信號線耦合長度、信號上升時間，這些因素對于串?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

  下面我們就來看一下，在線間距為3倍線寬的信號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，無論如何，總比什么也沒有好，如果存在這種印象，就說明對信號如何在傳輸線中傳輸不夠清晰。

  對于微帶線而言，它的電磁場和電流分布如下：

  而對于電流分布仿真時，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，微帶線這種物理結(jié)構(gòu)本身就為信號在其中傳播提供了物理環(huán)境，這當(dāng)然是因為，兩個導(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，信號可以在其中傳播。

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

 臨近線之間耦合出來的電流

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

  也就是說，原來線間距為3倍線寬，加入包地線之后，變成了1倍線寬，這似乎說明包地線注定要導(dǎo)致信號串?dāng)_變大。

  先別急著下結(jié)論，歷史是經(jīng)得住考驗的，我們進一步探究根源。

  還有一點我們沒有考慮，那就是，我們說過，信號的端接也至關(guān)重要，信號線傳輸?shù)浇邮斩酥笥蠴DT端接（比如50 Ohm），而包地線傳輸?shù)侥┒撕?，?jīng)過過孔回到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，因此信號在包地線上來回反射，再持續(xù)反過來影響傳輸線。

  我們先來仿真觀察，當(dāng)攻擊線上驅(qū)動一個上升跳變邊沿時，在包地線上耦合出了如下串?dāng)_信號，注意，此時對包地線特別做了50 Ohm端接。

  下面，將包地線的端接去掉，改換成0 Ohm，再來觀察：

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

  我們再來對比沒有包地線、包地線端接、包地線沒有端接時的受害線串?dāng)_量和信號眼圖：

沒有包地線

 包地線端接

包地線兩端接地

  通過串?dāng)_和眼圖對比發(fā)現(xiàn)，包地線引入的串?dāng)_，不容忽視，而實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，使其對當(dāng)前信號不構(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地孔，觀察眼圖：

  在此基礎(chǔ)上，進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、信號之間的串?dāng)_和信號本身的端接有關(guān)，做好自身端接，有助于減小串?dāng)_；

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

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

  4、如需包地，注意包地線和信號線之間的距離，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、包地線兩個地孔之間的距離和引起諧振的頻率相關(guān)，距離越大，其長度對應(yīng)諧振頻率的波長也越大，通過減小地孔間距使諧振頻率向高頻移動，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包含最高頻率對應(yīng)波長的1/10左右時，基本可以抵消包地線引起的反射震蕩；

  7、全面評估是否需要包地，如需包地，確保包地線的地孔數(shù)量和地孔間距；

  8、還有一個注意點，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長度不要忽略。