高速PCB設計時：仿真分析揭示保護地線的重要性

編者注：前段時間在好幾個場合分享了如何進行串擾的仿真和測試。所以就著之前的研究寫了本文。本文中有的拓撲結構看不清楚主要原因是原理圖中傳輸線分段太多，所以截圖放到文中就非常的不清晰。有機會可以再與大家進一步的探討。

前面介紹了很多串擾的內容，包括了串擾的來源和形成、串擾的類型、串擾的仿真和測試等，也介紹了一些減少串擾的方法，其中有一條減少串擾的方法就是把重要的信號網絡用地網絡保護起來。大家通常把這個增加的地網絡叫保護線，如下圖所示：

這個地網絡真的就可以保護信號網絡了嗎？尤其是上圖所示的這類地網絡（沒有加地過孔）。本文和大家一起來討論下這個地網絡是否真的一定需要增加。

通常情況下，如果沒有保護地的設計或者隔離地的結構如下圖所示：

如果加保護地的結構如下圖所示：

對于這類復雜的問題，我們可以通過建模進行仿真分析。在ADS中建立一個簡單的模型，即可對其進行定性的研究。不同的結構分別可以建模如下。

考慮有保護地時，一般保護地線會離被保護的信號網絡1W（線寬）或者1H（信號到參考層的距離），建模如下圖所示：

仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示：

如果把在保護地按十分之一波長接地（相當于接地過孔），其結構如下圖所示：

仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示：

如果加了保護線，但是沒有連接到地線上去，其結構如下圖所示：

仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示：

沒有保護地的結構，則兩個信號網絡之間的間距就會比較大，建模如下圖所示：

仿真其近端和遠端串擾結果如下圖所示：

把四個仿真結果放置在一起，其結果對比如下圖所示，dB(S(3,1))表示沒有保護地線、dB(Guardtrace_2..S(3,1))表示有包含地線的結果，但是中間沒有接地、dB(Guardtrace_2gnd..S(3,1))表示有保護地的結果，按十分之一波長接地、dB(Guardtrace_open..S(3,1))表示沒有接地（開路）的結果：

從對比結果上看，顯然，當加了保護地，而沒有連接到GND上時，串擾是最大的。當加了保護地，但是如果沒有按照十分之一波長加地孔，串擾也會比較大，如果加了，則串擾會更好。當然，如果有足夠的空間，不加保護地，其結果也相對比較好，但是會比按十分之一波長加地孔大一些。

以上的結論是在有限的實驗中獲得的，也是近期研究串擾的部分結論，還有部分結果，等驗證板完成后再做分享，所以結論僅供參考。如果大家有興趣，也可以自行多加分析研究。

審核編輯：黃飛

?