信號包地反而更差？

信號包地目的有兩種，一是包地線(xiàn)負責回流，二是負責隔離，也就是防止串擾。

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

  對于如下結構，DDR4的DQ信號之間為了防止彼此串擾，用了包地線(xiàn)；

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

  信號為點(diǎn)對點(diǎn)結構，接收端內部ODT端接，信號質(zhì)量還是比較良好的；

  2、接下來(lái)看一下，沒(méi)有包地線(xiàn)，考慮鄰近的信號串擾后波形如下，注意未進(jìn)行包地處理時(shí)，信號線(xiàn)間距為3倍線(xiàn)寬：

  3、考慮兩側都有攻擊線(xiàn)串擾時(shí)，波形如下：

  可以看到，信號間距為3倍線(xiàn)寬時(shí)，串擾會(huì )有一定影響，但是只要端接良好，當前結構中串擾不構成本質(zhì)影響；

  4、將信號間距調整為1倍間距時(shí)，波形如下：

  此時(shí)，由于信號線(xiàn)間距比較近了，串擾影響已經(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)對比一下，信號上升時(shí)間對串擾的影響：

  通過(guò)對比，可以知道，在時(shí)序允許的條件下，選取上升邊沿較緩的驅動(dòng)，串擾更??；

  下面對比，傳輸線(xiàn)耦合長(cháng)度：

  通過(guò)對比發(fā)現，耦合長(cháng)度（平行走線(xiàn)長(cháng)度）越長(cháng)，串擾越大；

  綜上發(fā)現，信號線(xiàn)間距、信號線(xiàn)耦合長(cháng)度、信號上升時(shí)間，這些因素對于串擾的影響，某些情況下，串擾并不構成本質(zhì)影響，當然是否良好端接也至關(guān)重要。

  加入地線(xiàn)的影響

  下面我們就來(lái)看一下，在線(xiàn)間距為3倍線(xiàn)寬的信號線(xiàn)間加入包地線(xiàn)后的影響。

  給我們的直觀(guān)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)明對信號如何在傳輸線(xiàn)中傳輸不夠清晰。

  對于微帶線(xiàn)而言，它的電磁場(chǎng)和電流分布如下：

  而對于電流分布仿真時(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(xiàn)這種物理結構本身就為信號在其中傳播提供了物理環(huán)境，這當然是因為，兩個(gè)導體中間存在互容、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(xiàn)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(xiàn)的耦合電流一旦進(jìn)入鄰近的傳輸線(xiàn)（受害線(xiàn)），那么它在受害線(xiàn)中就進(jìn)行傳播，和受害線(xiàn)本身的信號疊加，從而干擾信號，這就是串擾，正如上邊所說(shuō)，傳輸線(xiàn)這種物理結構本身就是導致串擾和信號傳播的物理結構，即便他是GND。

 臨近線(xiàn)之間耦合出來(lái)的電流

  回到最開(kāi)始的PCB包地結構，我們不難發(fā)現，包地線(xiàn)本身構成了信號的傳輸路徑和串擾的耦合路徑；

  也就是說(shuō)，原來(lái)線(xiàn)間距為3倍線(xiàn)寬，加入包地線(xiàn)之后，變成了1倍線(xiàn)寬，這似乎說(shuō)明包地線(xiàn)注定要導致信號串擾變大。

  先別急著(zhù)下結論，歷史是經(jīng)得住考驗的，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)，信號的端接也至關(guān)重要，信號線(xiàn)傳輸到接收端之后有ODT端接（比如50 Ohm），而包地線(xiàn)傳輸到末端后，經(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(huà)，在這里就會(huì )產(chǎn)生負反射，回到原端之后，同樣是0 Ohm的負反射，因此信號在包地線(xiàn)上來(lái)回反射，再持續反過(guò)來(lái)影響傳輸線(xiàn)。

  我們先來(lái)仿真觀(guān)察，當攻擊線(xiàn)上驅動(dòng)一個(gè)上升跳變邊沿時(shí)，在包地線(xiàn)上耦合出了如下串擾信號，注意，此時(shí)對包地線(xiàn)特別做了50 Ohm端接。

  下面，將包地線(xiàn)的端接去掉，改換成0 Ohm，再來(lái)觀(guān)察：

  串擾開(kāi)始震蕩，這就是串擾在包地線(xiàn)上來(lái)回反射的結果；

  我們再來(lái)對比沒(méi)有包地線(xiàn)、包地線(xiàn)端接、包地線(xiàn)沒(méi)有端接時(shí)的受害線(xiàn)串擾量和信號眼圖：

沒(méi)有包地線(xiàn)

 包地線(xiàn)端接

包地線(xiàn)兩端接地

  通過(guò)串擾和眼圖對比發(fā)現，包地線(xiàn)引入的串擾，不容忽視，而實(shí)際中的包地線(xiàn)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(xiàn)中繼續打地孔，減小地孔之間的距離，從而提高包地線(xiàn)結構的諧振頻率，使其對當前信號不構成影響。

  當前結構，包地線(xiàn)為2000 mil，在包地線(xiàn)中間加一個(gè)地孔，觀(guān)察眼圖：

  在此基礎上，進(jìn)一步在包地線(xiàn)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

  1、信號之間的串擾和信號本身的端接有關(guān)，做好自身端接，有助于減小串擾；

  2、串擾大小和信號線(xiàn)間距、傳輸線(xiàn)耦合長(cháng)度、信號本身邊沿陡峭程度有關(guān)，可以從這幾點(diǎn)入手減小串擾；

  3、注意，包地線(xiàn)也是傳輸線(xiàn)結構，信號同樣能夠耦合到包地線(xiàn)中，而包地線(xiàn)是沒(méi)有端接的；

  4、如需包地，注意包地線(xiàn)和信號線(xiàn)之間的距離，距離越近，包地線(xiàn)和傳輸線(xiàn)的耦合越大，由于包地線(xiàn)處理不妥善引起的串擾也越大；

  5、包地線(xiàn)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(cháng)度對應諧振頻率的波長(cháng)也越大，通過(guò)減小地孔間距使諧振頻率向高頻移動(dòng)，減小當前諧振，減小包地線(xiàn)引起的串擾；

  6、包地線(xiàn)的地孔距離大概是信號包含最高頻率對應波長(cháng)的1/10左右時(shí)，基本可以抵消包地線(xiàn)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(xiàn)的地孔數量和地孔間距；

  8、還有一個(gè)注意點(diǎn)，就是在包地線(xiàn)上打了很多地孔后，還要注意包地線(xiàn)的兩端是否在最終端打了地孔，此處的stub長(cháng)度不要忽略。