参考平面间距的问题

前文说过参考平面宽度的问题--信号的返回电流和返回路径宽度等问题

当平面的宽度达到15H 的时候,返回路径上的电荷密度就不会再增大了,这也就是说,这个宽度的平面就可以完全负载信号回流。

参考平面除了宽度因素需要考虑,参考平面的间距也是需要关注了解的,也就是参考平面的远近有什么影响的问题。

为了更直观地说明这个问题,我们用内层走线的方式来比较。这里分为两种情况:信号离上下参考平面距离相等和信号离上下参考平面距离不相等。

第一种情况:信号离上下参考平面距离相等,也就是内层信号上下的介质厚度相等,通过仿真结果显示,上下参考平面的返回电流情况大致相同,电流密度相当。

第二种情况信号离上下参考平面距离不相等,也就是内层信号上下的介质厚度不相等,上参考平面是下参考平面的5倍,通过仿真结果发现,上参考平面的返回电流远小于下参考平面,但不代表上参考平面没有作用,即使参考平面离得远也会有返回电流,只不过大部分从临近参考平面进行。

前面的仿真是对参考平面间距的不同做了定向分析,为了量化参考平面间距对返回电流的影响,搭建电路仿真来进行比较。

先是用polar计算出内层信号同等介质厚度的阻抗:

内层信号不同介质厚度(上参考平面:下参考平面=5:1)的阻抗:

搭建电路仿真的叠层信息如下:

第一种情况,内层信号同等介质厚度电路搭建和仿真结果如下:

仿真结果:上下参考平面相等的情况,各自返回电流占比约50%。

第二种情况,内层信号不同介质厚度(上参考平面:下参考平面=5:1)电路搭建和仿真结果如下:

这里之所以选择5倍的关系,是看到有些资料给出远端参考的概念,仿真结果:临近的参考平面的返回电流占比约90%。

总结

在实际的产品设计中,考虑参考平面的影响因素,参考平面的完整性和参考平面的切换这两种因素在产品设计中更容易发生,对产品的性能影响也比较大,所以关注度比较高。而参考平面的宽度和间距这两种因素,在实际的工作中,可调整的空间不大,对其关注度不高。

对于很多追求极致性价比的产品,会遇到叠层数比较少以及切割一部分区域作为参考平面的情况,那么,参考平面的宽度和间距对产品性能影响如何就需要着重考虑。

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