硬件工程师必看的产品：土地覆盖和串扰

工程界经常使用保护性接地线进行隔离，以抑制信号之间的相互干扰。

确实，保护性接地线有时可以改善信号之间的隔离，但是保护性接地线并不总是有效的，有时甚至会增加干扰。

必须根据实际情况仔细分析保护性接地线的使用并进行认真处理。

保护性接地线是指在两条信号线之间插入GND线以隔离两个信号。

接地线通过两端的GND通孔连接到GND平面，如图所示。

有时在敏感信号的两侧都放置了保护性接地线。

要添加保护性接地线，必须首先将两条信号线之间的距离扩大到足以容纳保护性接地线的距离。

由于信号线之间的距离是开放的，因此即使不插入保护性接地线，也可以减少串扰。

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插入保护性接地线的效果如何？低频模拟信号包接地让我们看一下表面微带线情况下的串扰大小。

假设走线受50Ω阻抗控制，线宽为6mil，介电层厚度为3.6mil，介电常数为4.5。

并假设这两个信号是模拟信号，载波频率为30Mhz，带宽为2Mhz。

下图显示了三种情况下的远端串扰。

当线间距为6mil时，由于两条线紧密耦合，因此远端串扰会更大。

将间距增加到18mil，可以大大减少远端串扰。

此外，在两根线之间添加了保护性接地线，并且接地线的两端通过通孔连接到地面，并且进一步减小了远端串扰。

为了隔离低频模拟信号，保护性接地线确实非常有用。

这也是许多低频板经常看到“着陆”的原因。

但是，如果需要隔离的数字信号，情况将有所不同。

我们将表面微带线和内部带状线分开，以讨论保护性接地线对数字信号的隔离作用。

在下面的讨论中，我没有假设PCB走线全部由50Ω阻抗控制。

表面迹线仍使用上述表面迹线堆叠结构，线宽为6密耳，介电层厚度为3.6密耳，介电常数为4.5。

攻击信号是具有上升时间Tr = 200ps的阶跃波形。

如下图所示，在耦合段长度为2000mil的情况下，请考虑以下三种情况的近端串扰和远端串扰。

情况1：两条迹线之间的距离为gap = 1w（w = 6mil代表线宽）；情况二：两条走线之间的间隙为gap = 3w，一条保护线之间的距离只能通过拉动道路来放置，但该保护线不适用；情况3：两个线间距为3w，中间使用保护性接地线，并在两端打GND孔。

下图显示了在三种情况下的串扰波形，无论是近端串扰还是远端串扰，当迹线间距从1w增加到3w时，串扰都会大大降低。

在此基础上，在走线之间插入保护性接地线，下图的情况3中显示了串扰。

与案例2相比，插入保护性接地线不仅不会进一步降低串扰，而且会增加串扰噪声。

此示例表明，打开走线间距是减少串扰的最有效方法。

如果保护地线使用不当，可能会增加串扰。

因此，在使用保护地线时，需要根据实际情况进行仔细分析。

为了使保护性接地线具有应有的隔离效果，必须在接地线上添加大量GND通孔，并且通孔间距应小于1 /10λ，如图所示。

λ是与信号中最高频率分量相对应的波长。

内层布线对于内层布线，如下图所示：介电常数为4.5，阻抗为50Ω。

请考虑以下三种情况。

攻击信号是一个上升时间为Tr = 200ps的阶跃波形，入射信号幅度为500mv，耦合长度为2000mil。

图中显示了近端串扰。

通过添加保护性接地线，近端串扰进一步从3.44mV降低至0.5mV。

信号隔离度提高了16B。

对于内部布线，添加保护性接地线可以实现更大的隔离度。

对于表面布线，使用密集的GND通孔有利于提高隔离效果。

但是，对于内部布线，请使用密集的GND