高速PCB设计时：仿真分析揭示保护地线的重要性

编者注：前段时间在好几个场合分享了如何进行串扰的仿真和测试。所以就着之前的研究写了本文。本文中有的拓扑结构看不清楚主要原因是原理图中传输线分段太多，所以截图放到文中就非常的不清晰。有机会可以再与大家进一步的探讨。

前面介绍了很多串扰的内容，包括了串扰的来源和形成、串扰的类型、串扰的仿真和测试等，也介绍了一些减少串扰的方法，其中有一条减少串扰的方法就是把重要的信号网络用地网络保护起来。大家通常把这个增加的地网络叫保护线，如下图所示：

这个地网络真的就可以保护信号网络了吗？尤其是上图所示的这类地网络（没有加地过孔）。本文和大家一起来讨论下这个地网络是否真的一定需要增加。

通常情况下，如果没有保护地的设计或者隔离地的结构如下图所示：

如果加保护地的结构如下图所示：

对于这类复杂的问题，我们可以通过建模进行仿真分析。在ADS中建立一个简单的模型，即可对其进行定性的研究。不同的结构分别可以建模如下。

考虑有保护地时，一般保护地线会离被保护的信号网络1W（线宽）或者1H（信号到参考层的距离），建模如下图所示：

仿真其近端和远端串扰结果如下图所示：

如果把在保护地按十分之一波长接地（相当于接地过孔），其结构如下图所示：

仿真其近端和远端串扰结果如下图所示：

如果加了保护线，但是没有连接到地线上去，其结构如下图所示：

仿真其近端和远端串扰结果如下图所示：

没有保护地的结构，则两个信号网络之间的间距就会比较大，建模如下图所示：

仿真其近端和远端串扰结果如下图所示：

把四个仿真结果放置在一起，其结果对比如下图所示，dB(S(3,1))表示没有保护地线、dB(Guardtrace_2..S(3,1))表示有包含地线的结果，但是中间没有接地、dB(Guardtrace_2gnd..S(3,1))表示有保护地的结果，按十分之一波长接地、dB(Guardtrace_open..S(3,1))表示没有接地（开路）的结果：

从对比结果上看，显然，当加了保护地，而没有连接到GND上时，串扰是最大的。当加了保护地，但是如果没有按照十分之一波长加地孔，串扰也会比较大，如果加了，则串扰会更好。当然，如果有足够的空间，不加保护地，其结果也相对比较好，但是会比按十分之一波长加地孔大一些。

以上的结论是在有限的实验中获得的，也是近期研究串扰的部分结论，还有部分结果，等验证板完成后再做分享，所以结论仅供参考。如果大家有兴趣，也可以自行多加分析研究。

审核编辑：黄飞