当前位置:首页 > 压电资讯 > 正文内容

高速、RF射频信号的参考平面分析

小王137134492903个月前 (12-25)压电资讯874

对于一个电子爱好者来说,在PCB设计中,参考平面的问题经常让很多人感到困惑。众所周知,电源平面可以作为参考平面,常见的6层板一般都采用电源层作为DDR信号的参考平面。但是,高速、RF射频信号是否同样可以采用电源层作为参考平面呢?今天我们就来一起探讨一下。


关于参考平面 


什么是参考平面? 顾名思义,就是一个平面。如何理解这个平面,首先要了解传输线的概念。我们都知道,必须使用传输线来分析PCB上的信号传输来解释高速电路中的各种现象。最简单的传输线包括:信号路径和参考路径(也称返回路径)。信号在传输线以电磁波的形式传输,信号路径及参考路径构成了电磁波的传输环境;从电流回路的角度讲,信号路径承载信号电流,参考路径承载返回电流,因此参考路径也称返回路径。


就PCB上层走线而言,走线和下面的平面层构成了电磁波传输的物理环境,信号路径是表层走线,所以下面的平面就是参考路径。对于PCB上这一特殊结构,参考路径是以平面的形式出现的,所以也叫参考平面。这里和走线下面的平面是什么网络属性都无所谓,VCC、GND、设置是没有网络的孤立铜皮也可以,关键在于下面的平面是导体这就行了。 下图是表层走线的场分布和电流分布:


以内层走线来说,走线、上方平面、下方平面构成了电磁波传输的物理环境,所以上下两个平面都是信号的参考路径,也就是参考平面。下图显示了内层走线的场分布和电流分布图: 


 从图中能够清楚看到,如果两个平面的与走线的距离近似相等,那么两个返回电路也近似相等,此时两个平面同样重要,这样就不难理解内层走线的上下两个平面都是参考平面了。 

参考平面两个点:算阻抗和提供回流路径,所以如果只是单纯满足阻抗一致的要求,无论是GND平面还是电源平面都可以的。但是一般情况下,参考平面主要是作为电流返回的路径,所以就有了以下问题。 


1、信号是如何参考电源平面的? 


上文已分析了电源层也可以作为参考平面算阻抗,那么下面将从电流返回路径上分析。 以一个简单的4层PCB为例,信号通过过孔换层参考电源,其信号的回流路径如下: 



当高速信号在信号线上传播时,在信号向前传播的过程中,由于参考平面之间会存在容性耦合,当发生dV/dt时,就会出现电流经耦合电容流向参考平面的现象,传输线下方位置就会有瞬态电流流回到源端电路。 当电源层作为参考平面时,信号回流会先流向电源层,再通过电源与地网络之间的Cpg流向地网络,最后在经过地层流向源端电路,最终形成一个完整的电源回路。控制好高速信号的回路阻抗非常关键,因为它直接影响到信号传输特性。


2、高速信号能否参考电源层? 


理论上和地平面一样,电源信号层也可以应用于低阻抗的信号返回路径。假设有足够多的旁路电容,那么电源平面传输会和地面一样好,在一个电源面和地平面或者两个电源平面带状传输线也可以工作。 


但是,当信号参考电源层时,回流路径当中对信号影响最大的就是Cpg电源与地网络之间的容性通道。它可能是电源地网络上分布复杂的退耦电容,也可能包含电源地层平面之间的平板电容,由于构成复杂,在各频点所表现出来的阻抗特性都不一样,难以量化与控制,所以这个假设很难成立。 即使电源层离信号层更近,返回信号也会经电源层返回到地层,因为信号输入时是以地层为参考层的。


但是如果去耦做的不好,电源层与地层之间的阻抗会很大,那么返回信号会受到很大的阻抗。 信号参考电源层会给信号质量带来影响,电源地层之间的阻抗是影响的主要因素,信号频率越高,带来的影响会越明显。当然,也不是所有信号都不能参考电源,具体多少频率,什么信号可以参考电源,要看实际PCB设计以及PDN网络的实际情况,最好利用仿真软件进行分析验证。 


有些信号设计指定要求参考它本身的电源层,这又是为什么? 这是由于芯片内部信号参考的是电源,那么在PCB上参考电源比较好。但是大多数芯片在设计中高速信号都是参考地,所以在大多数高速信号设计指导中都推荐参考地,虽然在高频带电源去耦电容显示低阻抗特性,电源与地表现为等电位,但由与去耦电容位置摆放的问题可能会增大信号的回流面积,从而影响信号质量,所以对于多数高速信号,参考地位以较好。 在此建议:高速信号建议参考地平面,至少有一个完整的地平面;另外电源平面需要与地平面紧耦合,既紧紧挨在一起。


3、RF射频信号能否参考电源层? 


高速信号能否参考电源信号的理论也能解释RF射频信号能否参考电源层的问题,从返回路径来看,RF射频信号更加不合适参考电源层。理由是电源层与地层之间的阻抗和耦合不好就会对RF信号产生很大的影响。要知道,电源层并非真正的地,从EMI角度也不推荐电源层作为微带线的地,信号返回的路径可能会变得很长而受到干扰。 其次,电源、地平面均能作为参考平面,且有一定的屏蔽作用,但相对而言,电源平面具有较高的特征阻抗,与参考电平存在较大的电位势差。从屏蔽的角度而言,地平面一般都做了接地处理,并作为基本电平参考点,其屏蔽效果远远优于电源平面。


扫描二维码推送至手机访问。

版权声明:本文由压电侠晶振资讯网发布,如需转载请注明出处,如有侵权请联系删除。

本文链接:http://news.piezoman.com/piezo/6240.html

分享给朋友:

“高速、RF射频信号的参考平面分析” 的相关文章

晶振质量(晶振一般多大)

本文目录455e的晶振会坏吗晶振对音质的影响大吗晶振压差多少正常晶振坏了的症状和表现晶振概念晶振一般多大455e的晶振会坏吗1.455e的晶振会坏。2.因为晶振是一种电子元件,长时间使用或者受到外界干扰都可能导致其损坏。此外,晶振还可能受到温度变化、电压波动等因素的影响,进而导致其工作不稳定或损坏。...

晶振12(晶振电路中如何选择电容C1C2)

本文目录晶振振荡频率多少正常晶振电路中如何选择电容C1C2什么是晶振周期晶振电容大小选取规则晶振电路时钟怎么计算晶振振荡频率多少正常一个机器周期等于12个时钟周期,而时钟周期是晶振振荡频率的倒数,所以机器周期=12*(1/6M)=2us晶振电路中如何选择电容C1C2晶振旁边两个小电容是负载电容在使用...

晶振替换(32M的晶振可以用啥替代)

本文目录晶振的用量大吗如何测量遥控器晶振管贴片晶振怎么测好坏二脚晶振好坏判断32M的晶振可以用啥替代晶振的用量大吗目前用量很大。晶振分为很多种,普遍的分为XO,TCXO,VCXO,OCXO。在电子产品中都会用到,比如说手机、电脑等。但这些产品中用的都是几毛的普通XO;在通信设备、医疗设备、测试仪器中...

tcxo晶振(晶振输出电压)

本文目录晶振的用量大吗晶振的原理及作用晶振输出电压晶振的用量大吗目前用量很大。晶振分为很多种,普遍的分为XO,TCXO,VCXO,OCXO。在电子产品中都会用到,比如说手机、电脑等。但这些产品中用的都是几毛的普通XO;在通信设备、医疗设备、测试仪器中会有到相对高端的高稳晶振,如TC/VC/OC,举个...

晶振圆(晶圆是晶振吗)

本文目录晶圆是晶振吗晶振的原理及作用电容和晶振的区别u盘如何换晶振晶圆是晶振吗我们在新闻报道中经常听到“晶圆”和“芯片”两个词,而“晶振”则少得多。这主要是因为现在的电子产品,大家大多时候只关注其最核心的部分——CPU(中央处理)。而CPU也是芯片的一种,两者都是集成电路。在电脑中,主芯片也就是CP...

晶振性(晶振要电镀吗)

本文目录主板晶振的型号通用吗晶振在光模块中的应用单片机12mhz晶振特性解码器晶振作用低温对晶振影响晶振要电镀吗主板晶振的型号通用吗主板晶振的型号不通用因为晶振的型号是由其频率和封装形式等因素决定的,R4198和R4298在这些方面存在差异,因此不可通用。如果需要使用不同型号的晶振,需要根据具体的需...

发表评论

访客

看不清,换一张

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法和观点。