工(gong)程(cheng)界(jie)常(chang)常(chang)使(shi)用(yong)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)
，來(lai)抑(yi)製(zhi)信(xin)號(hao)間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)。的(de)確(que)，保(bao)護(hu)地(di)線(xian)有(you)時(shi)能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)信(xin)號(hao)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)度(du)，但(dan)是(shi)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)並(bing)不(bu)是(shi)總(zong)是(shi)有(you)效(xiao)的(de)
，有(you)時(shi)甚(shen)至(zhi)反(fan)而(er)會(hui)使(shi)幹(gan)擾(rao)更(geng)加(jia)惡(e)化(hua)。使(shi)用(yong)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)必(bi)須(xu)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)仔(zai)細(xi)分(fen)析(xi)
，並(bing)認(ren)真(zhen)處(chu)理(li)。

 

保護地線是指在兩個信號線之間插入一根網絡為GND的走線，用於將兩個信號隔離開
，地線兩端打GND過孔和GND平麵相連
，如圖所示。有時敏感信號的兩側都放置保護地線。

要(yao)想(xiang)加(jia)入(ru)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)

，首(shou)先(xian)必(bi)須(xu)把(ba)兩(liang)個(ge)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)間(jian)距(ju)拉(la)開(kai)到(dao)足(zu)以(yi)容(rong)納(na)一(yi)根(gen)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)的(de)空(kong)間(jian)，由(you)於(yu)拉(la)開(kai)了(le)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)間(jian)距(ju)，即(ji)使(shi)不(bu)插(cha)入(ru)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)，也(ye)會(hui)減(jian)小(xiao)串(chuan)擾(rao)。插(cha)入(ru)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)會(hui)有(you)多(duo)大(da)的(de)作(zuo)用(yong)
？

 

低頻模擬信號包地

 

我們來看表層微帶線情況下串擾的大小。假設走線是50Ω阻抗控製的

，線寬為6mil
，介質厚度為3.6mil，介電常數為4.5。並假設兩路信號都是載波頻率為30Mhz，帶寬為2Mhz的模擬信號。

 

下圖顯示了三種情況下的遠端串擾情況。當線間距為6mil時，由於兩條線緊密耦合，遠端串擾較大。把間距增加到18mil，遠端串擾明顯減小。進一步

，在兩條線之間加入保護地線，地線兩端使用過孔連接到地麵，遠端串擾進一步減小。

 

 

對於低頻模擬信號之間的隔離，保護地線的確很有用。這也是很多低頻板上經常見到的“包地”的de原yuan因yin。但dan是shi，如ru果guo需xu要yao隔ge離li的de數shu字zi信xin號hao，情qing況kuang會hui有you所suo不bu同tong。我wo們men分fen表biao層ceng微wei帶dai線xian和he內nei層ceng帶dai狀zhuang線xian兩liang種zhong情qing況kuang來lai討tao論lun保bao護hu地di線xian對dui數shu字zi信xin號hao的de隔ge離li效xiao果guo。以yi下xia討tao論lun我wo沒mei假jia定dingPCB走線都是50Ω阻抗控製的。

 

表層走線

 

仍然使用上麵的表層走線疊層結構，線寬為6mil，介質厚度為3.6mil，介電常數為4.5。攻擊信號為上升時間Tr=200ps的階躍波形。考慮以下三種情況下的近端串擾和遠端串擾的情況，如下圖所示，其中耦合段長度為2000mil。

 

Case1：兩條走線間距gap=1w（w=6mil表示線寬）；

 

Case2：兩條走線間距gap=3w，僅僅拉大道能夠放下一條保護線的間距

，但不適用保護線；

 

Case3：兩條線間距gap=3w
，中間使用保護地線
，並在兩端打GND過孔。

 

 

下圖顯示了三種情況下串擾波形，無論是近端串擾還是遠端串擾，走線間距從1w增加到3w時，串擾都明顯減小。在此基礎上
，走線間插入保護地線，串擾如下圖中Case 3所示，相比Case 2，插入保護地線

，不但沒有起到進一步減小串擾的作用，反而增大了串擾噪聲。

 

 

zhegelizibiaoming
，lakaizouxianjianjushizuiyouxiaodejianxiaochuanraodefangfa。baohudixianruguoshiyongbudang，kenengfanerhuiehuachuanrao。yinci，zaishiyongbaohudixianshi，xuyaogenjushijiqingkuangzaixifenxi。baohudixianyaoxiangqidaoyingyoudegelizuoyong，xuyaozaidixianshangtianjiahenduoGND過孔，過孔間距應小於1/10λ
，如圖所示。λ為信號中最高頻率成分對應的波長。

 

 

內層走線

 

對於內層走線

，如下圖所示：

 

 

介電常數為4.5，阻抗為50Ω。考慮到下圖三種情況。攻擊信號為上升時間Tr=200ps的階躍波形，入射信號幅度500mv，耦合長度為2000mil，近端串擾如圖所示
，加入了保護地線，近端串擾從3.44mV進一步減小到了0.5mV。信號隔離度提高了16B。對於內層走線，加入保護地線能夠獲得更大的隔離度。

 

 

對於表層走線來說
，使用密集型的GND過孔，對提升隔離效果是有好處的。但是，對於內層走線來說，使用密集型的GND過孔幾乎得不到額外的好處，下圖對比了GND過孔間距為2000mil（保護地線兩端打GND過孔）和GND過孔間距為400mil時的近端串擾情況，串擾量幾乎沒有變化。

 

 

間距增加到5w時情況如何？

 

 

當走線間距進一步加大，保護地線仍保持在6mil的線寬時，對於表層走線來說

，保護地線的作用減小。在下圖中
，兩條線間距拉到5wshi，liangzhongqingkuangxiajinduanchuanraoheyuanduanchuanraolianghebushiyongbaohudixianqingkuangxiangdang，meiyoumingxiangaishan。yinci

，duiyubiaocengzouxianlaishuo，zouxianjianjuhendashi
，zhongjianzaijiarubaohudixian

，jihumeiyoushenmexiaoguo，ruguochulibuhaofanerhuishichuanraoehua。

 

對於內層走線來說，保護地線仍然會起很大作用。如下圖，內層間距為5W，兩種情況下近端串擾噪聲波形如圖。中間加入了保護地線，能明顯改善近端串擾。

 

 

結論

 

1）保護地線對低頻模擬信號的隔離通常都是有效的。但是在數字信號之間的保護走線並不是那麼有用
，有時反而會使情況更惡化。

 

2）對於表層走線，如果保護地線的GDN孔間距很大
，可能會使串擾更加嚴重

，必須使用非常密集的GND孔才能起到隔離的效果。

 

3）對於內層走線，保護地線可以減小近端串擾。

（來源：CSDN，作者：硬件工程師煉成之路）