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不加回流过孔这事,以前都不敢想!
发布时间:2022-03-21 15:40
作者:一博科技高速先生成员 黄刚
信号孔旁边需要回流地过孔这个理论,早就已经深入到设计工程师们的思维里了,要是说能找到一种特殊情况不用加地过孔的话,就一定是这样的了!
一直以来,各种工程师们都知道走线是需要有回流平面的,所以我们能看到表层的走线需要L2层的回流,内层的走线一般会有上下层的回流,就像下面这样。
那我们一般情况下认为的信号由过孔来换层,为什么在附近位置要加地过孔呢?我们来看一个很形象的仿真模型,左右分别是换层信号孔附近加和不加地过孔的模型,我们的信号线从表层由过孔换到靠下的内层,大家猜猜下面两种情况下的仿真结果会有什么差异吗?
可能很多人知道不加地过孔会不好,但是你们估计很难猜到它们的损耗曲线的差异吧?下面是两种case的损耗结果对比,从损耗结果上可以看到,不加地过孔甚至在直流的时候也有很大的损耗,导致从S参数上看不从0dB开始衰减,另外在高频之后的逐渐衰减变大。
为什么会这样子呢?其实可以和上面说走线需要回流平面的理论结合起来分析,从不加地过孔的case来看,表层走线已经有L2层的地平面参考了,内层走线其实也有内层的地平面来参考,但是由于没有地过孔,使得L2层的地平面却不能和内层的地平面连接起来形成通路,因此在直流上是断开的,损耗曲线就不从0dB开始下降了。到了高频之后,也只能通过平面耦合的形式进行连通,因此损耗也会增大。
那么在当中有一种特殊的过孔换层情况,那就是1到3的换层。那么L1到L3层有什么特别之处吗? L1到L3层,大多数朋友都会觉得这样的话信号都只参考L2层,是不是就没有了像换到更靠下的内层那样,需要切换参考层了?按照这个猜想的指引,就立马会觉得,L1到L3层是不需要地过孔了吧!
于是我们又立马去建另外的一组对比模型,L1到L3层换层,有地过孔和没地过孔的模型,如下所示:
这一组对比的模型,结果会很相近吗?时间关系,就不给大家更多的思考空间了哈,结果直接给到大家,仔细一看就发现,怎么和想的不一样?!!!
虽然不加地过孔时和我们想的一样,在直流层面上是连通的,因此损耗从0dB开始下降。但是随着频率升高,损耗却逐渐和加地过孔的损耗差距越拉越大。
高速先生仔细一看模型,慢慢的发现了猫腻。我们说的是只要参考地没切换,理论上就不需要加地过孔,但是我们仔细看看这个模型,尤其是L3层的走线,实际上它参考的是L2和L4层的地,虽然L2层的地没切换参考平面,但是L3层的能量也有一半参考到L4层,L4层是肯定没法直接和L2层连通的,问题就出在了这里!
那要怎么才能证明这一点呢?于是高速先生又建了第三组对比的模型,就是下面这样子了。
我们做一个看上去很奇怪的验证模型,让原有的L3层走线的下面参考层拉得灰常的远,这个时候明眼人都能看出来,验证模型的L3层主要就只能参考到L2层的地了,也就等效的实现了L2参考平面不变的前提了,这次我们再来看看对比结果如何?
果然,这次的对比结果才算是符合我们一开始的理论,不加地过孔的损耗基本就和加地过孔的损耗差异不大了。但是由于还有很少量的能量会参考到那个较远的平面,因此不加地过孔的损耗还是能呈现出稍大一点点的现象,但是差别已经不大了。因此理论肯定是没问题的,关键就在于模型有没有建立得和理论的场景相匹配,只要是类似上面这种情况的,而且速率又不会太高,布局布线空间很紧张的情况下,大家就可以尝试着去掉地过孔的。
这个时候可能有一些朋友们会问了,现实中有可能出现像模型那样L3层的下面参考层距离很远的叠层设计吗?高速先生以一个回答来结束这个文章哈,那就是。。。“还是见过不少的!”
大家有没有曾经想过或者做过去掉回流地过孔的设计呢,分享一下你们的故事?