HDI layout需要豐富的經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)支持,還要多踩幾個坑,多做幾個仿真加深對走線的理解,才能形成閉環(huán)的走線設(shè)計。
今天深聯(lián)電路給大家介紹一個跟GND走線相關(guān)的案例,在手機領(lǐng)域會影響相機畫質(zhì)、在醫(yī)療領(lǐng)域會影響生物電信號采集信噪比,如果不理解背后的原理,只會復(fù)制原理圖或HDI的話,往往達不到電路的最佳性能。
地線在HDI走線中,通常有三種作用:
● 回流
● 控制阻抗
● 屏蔽
本文介紹的案例跟回流相關(guān),地線上的電壓波動會影響到對噪聲敏感的模擬電路。
上圖是一種地線走線示意圖,數(shù)字電路和模擬電路的GND最終都要匯聚一起和電池的地連接。也就是說,數(shù)字電流Id和模擬電流Ia最終都要匯集在一起,那么這兩路電流Id和Ia就用公用地線部分,如上圖括號內(nèi)所示。
一般而言,數(shù)字電流Id的波動是比較大的,而模擬電流Ia的波動略小。數(shù)字電Id的波動在共用地線部分會引起電壓波動,這個波動就會被模擬電路感應(yīng)到,進而引起信號質(zhì)量下降,比如共用地部分的電阻是20 mΩ,而數(shù)字電流Id波動是1A,那么引起的電壓波動△V就是0.02*1=0.02V。這個20mV被模擬電路的放大器感應(yīng)到,將會以噪聲形式出現(xiàn),這就是地線阻抗大的后果。
緩解的方法是減小地線的電阻,縮短模擬電路和數(shù)字電路共用地線,把模擬電路和數(shù)字電路通過磁珠隔離進一步壓制干擾。假如數(shù)字電路電流波動不變,依然是1A,共用的地的電阻降低到2 mΩ。此時,數(shù)字電路在共地部分引起的電壓波動只有0.002*1=0.002V,比上面的20mV小了很多;同時有磁珠的存在還會進一步壓制這個噪聲,提高模擬電路的信噪比或者是共模抑制比。
直觀點說就是,不管你數(shù)字電路的地/電源怎么跳動,都影響不到我模擬電路的地/電源。
正是基于上面的介紹,所以一般電路板都會進行大面積的鋪銅(大面積鋪地平面,減小阻抗,增加回流能力),減少地的電阻。上面介紹的是地線的處理,對于模擬電路和數(shù)字電路共用電源的處理也是類似的方法(不過通常而言,不建議模擬電路和數(shù)字電路共用電源)。
所以,有的人就不建議在地平面上打大量的其他電氣屬性的孔,或者是走線,這就是通常所說的支離破碎的地。這樣容易增加地線的電阻(或阻抗),甚至是有隱藏的電阻瓶頸存在被工程師忽略而引起嚴重的問題。
比如下圖高亮的紅色銅皮,兩塊白色方框內(nèi)的銅皮看起來很大,其實他們的連接僅僅只有綠色部分窄窄的一條,這里就是阻抗瓶頸。
上面提到的僅僅只是直流電壓波動,對于高頻數(shù)字電路而言,電流的波動更復(fù)雜,含有非常豐富的電壓或電流諧波,此時就要考慮頻率這個參數(shù)了。
圍繞頻率這個參數(shù),就要考慮地線的寄生電容或寄生電感等參數(shù),這在高端CPU中就格外重要,HDI走線要求更嚴格,這就是電源的PDN設(shè)計。