本帖最后由 criterion 于 2015-3-6 21:21 编辑
# [3 Q& L1 q/ }, r
3 l4 [" h* Y: @. N- Z. k' ^3 d: @分几点来讨论好了 1. , H4 F0 V! [. v; A, ?
3 w5 A7 j6 x5 Y
由KCL可知 一个节点若有电流流出 肯定会有等量的电流流入 - y. }# y1 T2 Y. E1 k" u
) _: ?/ ~, Q- g7 k
所以任何讯号都会有回流电流,整体形成一个封闭回路,如下图 : 8 N/ K7 v1 s z" O4 a# y+ o
1 g1 n& g+ @* I2 c
2. 电流流经封闭回路的磁场,会构成磁通量, 其磁通量与电流的比值,便构成了电感,而电感又与感抗有关。
) A8 i0 ^) ^ L/ [2 U. }) v
8 v6 d/ D# W0 N1 Z0 U- R
由上式可知,回路面积与感抗成正比,若回路面积越小,则感抗就越小。 而由下图可知,低频讯号的回流电流,会走最小电阻路径。 而高频讯号的回流电流,会走最小感抗路径, 4 \- u) {7 r+ ?2 O' _( X( C- V3 Z
, ~ f2 J+ J! D r/ {
前述已知,回路面积越小,则感抗就越小, 亦即高频讯号的回流电流,会走可以构成最小回路面积的路径。 因此,如上图, 虽然高频讯号的回流路径,比低频讯号的回流路径来得长, 但整体构成的回路面积较小, 而由仿真结果也证实,当讯号为低频时,其回流电流只集中在Load到Source这段路径, 但当讯号为高频时,其回流电流会集中在原路径下方。
0 |& q- j' p1 G6 h( U }5 z: ~; a
所以我们得到一个结论 对高速差分讯号而言 可能以彼此为回流路径 也可能以GND为回流路径 端赖谁能提供较小的回路面积1 x2 M' D Q! m/ m) O# c1 W% u4 y+ M
4 \% G/ h5 j e7 [, u0 k: ]
" C1 S* A p8 \0 L
3. 以Any Layer的十层板为例, 其讯号走线与GND的距离为2.8 mil,就算下层挖空,也只有5.6 mil。
2 O6 M( V. B1 g" D7 h( D- m, M" q
但表层走线若要达到100奥姆,其间距差不多要10mil,
8 L- D2 w( [4 p% w: @, ~: l: q1 y+ @- P
因为与GND的距离较近,亦即GND能提供较小的回路面积, 这表示以GND为回流路径的机会大得多。 而由下图的仿真结果可知,瞬时时,其回流电流都集中在差分讯号原路径下方的GND。 ! y# z$ G! i% ]( {6 f
& R- W: V1 r4 I
因此差分讯号的回流电流,大多情况确实是存在于GND,而不是彼此 因此 即便完全对称 仍然需要GND 若将GND拿掉 一来是阻抗难以控制 二来是回路面积变大 (因为彼此间距一定大于跟GND的距离) 会使EMI干扰变强 所以GND对于差分讯号,必须如同单端讯号一般,GND要维持完整性。 由下图可知,当差分讯号的GND为一完整平面时,其Return Loss至少有-20 dB,而Insertion Loss也不大。 ) {' A% \! r/ X" m
' I) J3 W8 ]* m4 [
但当差分讯号的GND有一开槽时,其Return Loss几乎都不到-20 dB, 而Insertion Loss也明显变大许多,如下图 :
# t* H+ t$ v$ n4 R9 k7 b0 r
4 R- w6 z$ U, i, j
因为差分讯号与GND的距离会影响阻抗, 换言之,当差分讯号经过开槽时,会因为阻抗不连续,产生反射,因而Return Loss变差。 而开槽可等效于电感,由于电感会衰减高频讯号, 故当差分讯号经过开槽时,其能量会衰减,因而Insertion Loss变大。 ' |* N4 d& a0 W
/ b' y& D2 \7 i( o' r- ^8 [2 m
由下图可知,GNDBounce,会使输出波形失真,以及影响邏辑运作的正确性,进而使系统稳定度变差, ! m% @4 r1 j' B$ d9 B( e4 L
% u9 y: N" H& t8 K2 W2 M0 q0 r1 d
而由下图可知,差分讯号经过开槽时,会产生GND Bounce。
& j4 ~0 |6 O( z# P
4 W M* c: M& c( F
所以可知 只要切断了差分线的回流路径 就是会有影响
- c7 r( }6 Y B% Y( N# b! g7 [+ R* i6 h! Q! B/ \5 c
其他详情可参照 在此就不赘述 3 A9 {9 c# W1 S7 K
|