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(ding)PCB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。

 

 

這zhe個ge例li子zi表biao明ming，拉la開kai走zou線xian間jian距ju是shi最zui有you效xiao的de減jian小xiao串chuan擾rao的de方fang法fa。保bao護hu地di線xian如ru果guo使shi用yong不bu當dang

，可ke能neng反fan而er會hui惡e化hua串chuan擾rao。因yin此ci
，在zai使shi用yong保bao護hu地di線xian時shi，需xu要yao根gen據ju實shi際ji情qing況kuang仔zai細xi分fen析xi。保bao護hu地di線xian要yao想xiang起qi到dao應ying有you的de隔ge離li作zuo用yong，需xu要yao再zai地di線xian上shang添tian加jia很hen多duoGND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）