高速信号参考地平面和电源平面有啥区别

一切的经验规则都是有前提条件的

Author:卧龙会 关羽兄弟

|| 前言

一直流传至今的高速信号走线建议参考地平面,不要参考电源平面!部分同学可能认为实际layout中,电源平面容易分块打断不是一个完全完整的所以会差点。但是差多少,有多差,什么条件下开始差,什么条件下差的无法接受,比较差的条件下怎样优化,带着这些灵魂拷问可能就懵逼了。

卧龙会关羽兄弟一直认为,经验法则都是有先决条件的,只有弄清这些先决条件,你才能有的放矢游刃有余。没有前提的经验法则要么是公理定律,要么卡住不放就是耍流氓。

所以尽管口口声声说参考地,但是实际产品参考电源的也有,貌似也没有什么问题。所以可以找个理由安慰下自己,经验过时了。那怎么办了,审核人说你不能违反规则参考电源层,但是也拿不出数据讲不出让你信服的理由,逐渐就成了玄学。关羽兄弟这次就带大家看看参考层不同,影响又是什么样的。

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(1)

相同叠层走线,相同数据速率及端接,不同参考层时域眼图

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(2)

相同叠层走线,相同频点(3GHZ),从地层看到回流。随着频率增高,在参考电源层的信号回流会逐渐从电源层耦合到地层形成明显回流。

|| 正文仿真验证

关羽兄弟一直认为,少说多做。怀揣疑问那就干吧,单纯的argument解决不了问题,只能徒增烦恼。客观的数据才是冰冷的终结者。

直接在siwave中新建一个pcb叠层及走线

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(3)

单板叠层

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(4)

单板走线及参考层示意图

AC Current做回流分析

为了对比差异,以下图主要确认参考电源层的底层走线对于地层影响,同时也可以看出随着频率不断上升,回流逐渐集中在走线下方。

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(5)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(6)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(7)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(8)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(9)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(10)

通过以上可以看出,底层走线(参考电源层)随着频率增加在地层回流逐渐明显。

顶层与底层走线S参数插损对比

可以明显看出参考电源层走线插损有明显谐振,原创今日头条:卧龙会IT技术

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(11)

时域仿真

将提取S参数转导入designer进行时域仿真

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(12)

通过不同数据速率进行对比,确认相同条件不同参考层走线时域波形差异

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(13)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(14)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(15)

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(16)

上面几个图比较可以看出在各个数据速率,参考地层时,信号眼图更清晰一点,说明信号质量更好一点,而且能看出参考地时,数据速率增加10倍,信号眼图质量相差不大。而参考电源层,数据速率增加10倍,眼图眼线明显变宽,眼睛明显变小。

|| 总结

信号能否参考电源层,毫无疑问当然肯定可以参考的。有大把的四层板,存在参考电源层的走线。

建议高速信号线参考地层,尽量减少参考电源层,并不代表不能参考电源层,只是说明在相同条件下,参考地层信号质量要好于参考电源层。关羽兄弟认为有时候够用就行,有时候不够用优化下就够用了,因为大部分产品都有差钱的时候。

电路图信号解读(用4张仿真图对比)(17)

卧龙庄主点评:这个文章用实例告诉大家,高速信号能参考地,绝不参考电源。实在没办法,参考电源是下策!咱们卧龙会关羽兄弟是硬件测试高手,他测仿的结果一般不会错。感谢关羽兄弟的分享

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原创:卧龙会 关羽兄弟

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