高速信号回流环路实际分析

1、实际走线分析：

上面的走线橘色为信号走线，周围绿色（波浪标注）为周围包地，下方为第二层完整地平面。

从上图来看设计师的本意是好的，有参考地平面，周围也有包地，此时设计正确的话可以保证回流路径阻抗最小，因为可以从两边包地回流和地平面回流，此时可以效果最好。

但是，上面出现的问题就是包地并未通过地孔和地平面连接起来。具体如下所示：

假设回流路径是两边包地，信号流向为从右向左，下边部分包地红色路径为回流信号，此时回流信号向右走，但是因为前面没有接地孔，所以信号返回，寻找最小路径（图中下边白色路径）；另上边回流也是，因为靠近过孔处无接地过孔，则信号沿着灰色路线找到最近的接地过孔，此时这两个不完整的包地，导致了信号路径阻抗不是最小，且下边走线较细，寄生电感较大，且为一端接地，此时模型就是一个天线，很有可能导致“天线辐射能量”，所以有了完整的地平面，包地只是锦上添花的行为，但是一定要注意包地处理不好，有可能导致更为严重的辐射。

最好的解决方法如下：

在两边包地线上沿一定距离打上接地/包地过孔，此时可以解决回流路径阻抗增大的问题。

2、实际走线分析

如下图所示为一组PCIE走线，其中包括三组差分线，发送、接收和时钟参考。如下走线差分线走的没有问题，但是背部的横向走线切断了背面的完整地平面，虽然走线周围是有完整包地的，但是地平面被三端走线破坏严重。如果做高速分析以及实际测试验证很久的话，我们都知道完整的地平面是根本，周围包地只是锦上添花的行为，我们以时钟来分析信号回流。

时钟信号回流分析：

时钟信号是由PCIE主机给到PCIE从机的，所以信号流向是指向左下角的。而此时的信号回流路径包含包地路径和地平面路径。

包地路径很好，信号直接沿着包地路径回流没有多大问题；但是对于地平面回流就存在问题了，所以此时来看一下：

假设地平面回流信号在未分割处是在信号下方镜像回流，但是因为下方走线导致地平面被破坏，假设黄色箭头指示为地平面回流信号，当遇到分割，则电流沿着分割界面一直走，直到绕过分割平面，然后再回到信号路径镜像对应面；当然也有一条路径是寻找最近过孔，如白色路径，沿着过孔走顶层，再经过过孔回到底层参考地，此时大家发现一个很明显的问题那就是路程变长了（因为绕路了），此时在低频下没有问题，但是在高频下速率很高，一个简单的上升沿就可能导致辐射严重超标，而此时回流路径变长，寄生电感增加，感抗变大，很有可能导致严重的EMC问题，所以请一定不要这样做。

所以成本允许的话，对于这种一定设计为四层板，因为两层板真的很难找到一个完整的地参考平面，哪怕四层板完整的参考地没有，但是对应信号层找出完整的电源平面也是可以的。另外而言，是在不允许，则可以在分割的两个地之间连接一个0欧姆电阻，也就是我们俗称的“跨接电阻”，就是把两边连接起来，此时回流信号直接走我们搭建的“跨街桥”就行，不用绕路，当然阻抗就是最小的。

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