工程界常常使用保护地线进行隔离,来抑制信号间的相互干扰。的确,保护地线有时能够提高信号间的隔离度,但是保护地线并不是总是有效的,有时甚至反而会使干扰更加恶化。使用保护地线必须根据实际情况仔细分析,并认真处理。
保护地线是指在两个信号线之间插入一根网络为GND的走线,用于将两个信号隔离开,地线两端打GND过孔和GND平面相连,如图所示。有时敏感信号的两侧都放置保护地线。
低频模拟信号包地
下图显示了三种情况下的远端串扰情况。当线间距为6mil时,由于两条线紧密耦合,远端串扰较大。把间距增加到18mil,远端串扰明显减小。进一步,在两条线之间加入保护地线,地线两端使用过孔连接到地面,远端串扰进一步减小。
表层走线
Case1:两条走线间距gap=1w(w=6mil表示线宽);
Case2:两条走线间距gap=3w,仅仅拉大道能够放下一条保护线的间距,但不适用保护线;
Case3:两条线间距gap=3w,中间使用保护地线,并在两端打GND过孔。
内层走线
对于表层走线来说,使用密集型的GND过孔,对提升隔离效果是有好处的。但是,对于内层走线来说,使用密集型的GND过孔几乎得不到额外的好处,下图对比了GND过孔间距为2000mil(保护地线两端打GND过孔)和GND过孔间距为400mil时的近端串扰情况,串扰量几乎没有变化。
当走线间距进一步加大,保护地线仍保持在6mil的线宽时,对于表层走线来说,保护地线的作用减小。在下图中,两条线间距拉到5w时,两种情况下近端串扰和远端串扰量和不使用保护地线情况相当,没有明显改善。因此,对于表层走线来说,走线间距很大时,中间再加入保护地线,几乎没有什么效果,如果处理不好反而会使串扰恶化。
对于内层走线来说,保护地线仍然会起很大作用。如下图,内层间距为5W,两种情况下近端串扰噪声波形如图。中间加入了保护地线,能明显改善近端串扰。
结论
1)保护地线对低频模拟信号的隔离通常都是有效的。但是在数字信号之间的保护走线并不是那么有用,有时反而会使情况更恶化。
2)对于表层走线,如果保护地线的GDN孔间距很大,可能会使串扰更加严重,必须使用非常密集的GND孔才能起到隔离的效果。
3)对于内层走线,保护地线可以减小近端串扰。