高速信號回流環路實際分析

1、實際走線分析：

上面的走線橘色為信號走線，周圍綠色（波浪標注）為周圍包地，下方為第二層完整地平面。

從上圖來看設計師的本意是好的，有參考地平面，周圍也有包地，此時設計正確的話可以保證回流路徑阻抗最小，因為可以從兩邊包地回流和地平面回流，此時可以效果最好。

但是，上面出現的問題就是包地并未通過地孔和地平面連接起來。具體如下所示：

假設回流路徑是兩邊包地，信號流向為從右向左，下邊部分包地紅色路徑為回流信號，此時回流信號向右走，但是因為前面沒有接地孔，所以信號返回，尋找最小路徑（圖中下邊白色路徑）；另上邊回流也是，因為靠近過孔處無接地過孔，則信號沿著灰色路線找到最近的接地過孔，此時這兩個不完整的包地，導致了信號路徑阻抗不是最小，且下邊走線較細，寄生電感較大，且為一端接地，此時模型就是一個天線，很有可能導致“天線輻射能量”，所以有了完整的地平面，包地只是錦上添花的行為，但是一定要注意包地處理不好，有可能導致更為嚴重的輻射。

最好的解決方法如下：

在兩邊包地線上沿一定距離打上接地/包地過孔，此時可以解決回流路徑阻抗增大的問題。

2、實際走線分析

如下圖所示為一組PCIE走線，其中包括三組差分線，發送、接收和時鐘參考。如下走線差分線走的沒有問題，但是背部的橫向走線切斷了背面的完整地平面，雖然走線周圍是有完整包地的，但是地平面被三端走線破壞嚴重。如果做高速分析以及實際測試驗證很久的話，我們都知道完整的地平面是根本，周圍包地只是錦上添花的行為，我們以時鐘來分析信號回流。

時鐘信號回流分析：

時鐘信號是由PCIE主機給到PCIE從機的，所以信號流向是指向左下角的。而此時的信號回流路徑包含包地路徑和地平面路徑。

包地路徑很好，信號直接沿著包地路徑回流沒有多大問題；但是對于地平面回流就存在問題了，所以此時來看一下：

假設地平面回流信號在未分割處是在信號下方鏡像回流，但是因為下方走線導致地平面被破壞，假設黃色箭頭指示為地平面回流信號，當遇到分割，則電流沿著分割界面一直走，直到繞過分割平面，然后再回到信號路徑鏡像對應面；當然也有一條路徑是尋找最近過孔，如白色路徑，沿著過孔走頂層，再經過過孔回到底層參考地，此時大家發現一個很明顯的問題那就是路程變長了（因為繞路了），此時在低頻下沒有問題，但是在高頻下速率很高，一個簡單的上升沿就可能導致輻射嚴重超標，而此時回流路徑變長，寄生電感增加，感抗變大，很有可能導致嚴重的EMC問題，所以請一定不要這樣做。

所以成本允許的話，對于這種一定設計為四層板，因為兩層板真的很難找到一個完整的地參考平面，哪怕四層板完整的參考地沒有，但是對應信號層找出完整的電源平面也是可以的。另外而言，是在不允許，則可以在分割的兩個地之間連接一個0歐姆電阻，也就是我們俗稱的“跨接電阻”，就是把兩邊連接起來，此時回流信號直接走我們搭建的“跨街橋”就行，不用繞路，當然阻抗就是最小的。

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