高速先生成員--黃剛
包地設計是一個很大眾的設計方法,尤其是在微波射頻走線上應用得更是廣泛。關于為什么要包地這一點,大家的認知還是非常一致的,那就是為了串擾控制,或者說是隔離度的改善。尤其是在微波射頻信號喜歡走在表層的這個場景下,包地的作用的確就更突出了。因為同樣的間距下表層的串擾要比內層要差得不少,雖然可能很多朋友都不一定知道為什么,但是不要緊,這個的確是對的!
至于包地為什么能改善串擾的原因,其實從場的角度來理解還是比較容易get到了。看看下面這兩張圖片的對比,大家心里應該就有數了。其實Chris一直覺得這個不知道什么年代的圖片其實對串擾解釋得也沒十分的好,不過時間關系,大家就先將就著看吧。

關鍵是這篇文章的題目就給得怪嚇人的啊,難道那么多年的老設計工程師真的不懂包地?這樣吧,Chris今兒給大家展示一個例子,看看大家的想法吧……
最近Chris做了塊測試板來模擬表層射頻信號包地的場景,其實做的東西倒很簡單,就是在兩根高頻單端線挪到一定的距離后(15H左右的gap距離),看看包地和不包地對隔離度的影響。
不包地是這樣的:

包地是這樣的:

再強調一次,包地和不包地的兩根高頻線的gap距離是一樣的哈,這一點要記住,是我們對比的前提。
首先我們來看看不包地情況下的驗證結果哈,3D模型就是下面那樣。

兩根單端射頻線在15GHz頻率下的串擾結果大概在-21.5dB的樣子。

原來表層走線在高頻的串擾那么大的啊,都拉開15H的距離了,串擾居然也只有20dB左右。不然你們以為呢?所以說表層的串擾很大,這下信了吧。因此大家才希望通過包地哪怕降低個4-5dB其實也是很大的改善了。我們順便關注下另外一個結果,那就是單端走線阻抗。嗯,是50歐姆沒錯!

這個估計有又一波人不懂了,阻抗有什么好說的,那你設計是50歐姆,驗證結果是50歐姆不很正常嘛!先不急哈,繼續往下看就知道Chris為什么在這個節點把看起來沒意義的阻抗結果show出來了。
那包地的串擾是多少呢?如下面這個3D模型。

那個,等等哈,總好像感覺這個包地的設計有什么不確定的設計因素。在原來不包地的基礎上進行包地,有沒發現一百個設計工程師去包地,能給你包出99種不一樣的設計。為什么呢?因為有一個參數,每一位設計工程師可能是不一樣的,或者說沒法統一的。
那就是包地和走線的gap距離。懂?不懂的話Chris特意給大家做了個動畫來展示,如下所示:
啊,對哦!Chris不說還真沒意識到,每個工程師設計的這個gap距離的確會不同哦。gap設計成10mil?15mil?20mil?的確行業也沒個統一的規則,那還不是每個人想怎么弄怎么弄。
所以每個人弄出來的串擾結果就不一樣了唄,如下圖所示:

同樣是包地,有的人能把串擾做到將近30dB,有的人只有23dB,也僅僅比不包地的21dB好那么一丟丟。
但是呢,事情真沒那么絕對,包地gap距離小,串擾好。但是gap距離小,又有另外一個指標會變差。那就是上面提到的不包地的50歐姆阻抗了。
在包地不同gap的情況下,傳輸線阻抗就不一定都能保持在50歐姆咯。隨著gap減小,阻抗就慢慢往下掉了。

真沒想到包地還有那么多的彎彎繞繞,不深入研究,我還真以為隨隨便便包下就完事了啊!當然,頻率低了,你包跟不包,包多少的gap距離的確沒太大所謂,但是頻率高了之后,你就會發現,你包地做出來的效果就和別人的差異越來越大。真的要給各位PCB工程師上點強度了,除了要很熟練的去做設計之外,也還是要學下背后的原理,這樣才能遙遙領先哈!
問題:要是你來設計本例子的這個包地,你會怎么包?
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審核編輯 黃宇
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