問:為什么要包地?
答:為了控阻抗和降低串擾;
問:那包地需不需要打過孔呢?
答:要啊,必須要啊,不然包地就沒意義了。
問:那包地打孔設計一般需要注意什么地方呢?
答:……
是的,坊間傳說的包地神技能其實并沒有那么直觀。什么叫直觀,就好像1+1=2。(好了,別逗了)。那就好比10%的阻抗變化會帶來大約5%的反射,比如100mil的過孔stub的諧振點大概會在15GHz之類的。包地打孔你很難從一開始就能夠預測到你的設計質量會怎么樣,而且一樣的設計放在不同的板子也會千差萬別。而且最重要的是并不是包了地就一定會帶來信號質量的改善,很多情況下你辛辛苦苦包完了,結果只換來這幾個字。
好了,說了那么多嚇人的話,我都不好意思再說了,只能舉一個嚇人的例子吧。我們如果要使用例如網絡分析儀去測試PCB上面的DUT(待測物),最通常的做法就是通過SMA頭接入PCB,我們要舉的這個例子就是一個測試板,由于只有表層走線,4層板就足夠了,這樣的話表層到第二層參考層的厚度一般就比較厚,直接導致的后果就是表層的走線要很寬才能控到50歐姆的阻抗,另外也可以采用下面這種共面波導的包地形式來達到目的,這樣的話線寬就可以不用太過粗。我們通過阻抗計算軟件計算,得到線寬走12mil,同層的包地距離6mil。

前面說了嘛,這也算一種包地的情況,那我們的工程師就自然的把地過孔打上,就像下圖所示一樣。

做過設計的朋友都知道,現在使用軟件來進行包地打孔的設計那叫一個方便啊,輸入過孔的間隔和距離后,唰一聲就做出來了。
上面的設計看起來也好像沒什么問題,包了地,打了孔。由于我們這個是一塊測試板,需要達到的測試頻段達到30GHz,因此上圖的這根校準線的設計是至關重要的,必須要有很好的回損和插損的性能。當我們拿這根設計進行仿真后會發現,結果可能并沒有想象中那么美好,如下所示:

在大概25GHz之后回損就變得不線性了,一直往惡劣的方向走去,同時插損也受到了影響,因此根據我們還算豐富的測試經驗來看,這根校準線的設計應該是很難滿足30GHz的測試要求的。
地也包了,孔也打了,那為什么會出現高頻振動和跌落的原因呢?這時候我們SI的優勢就體現出來了,我們可以去做不同包地情況的分析,例如我們補充下面這三種情況:分別是包地過孔距離銅皮10mil,30mil和干脆不打過孔了。



我們把4種情況的仿真結果放在一起來看,會發現一些意想不到的東西。
插入損耗的結果:

回波損耗的結果:

對比10mil,30mil,50mil這三種case,我們能發現一個很明顯的規律,就是包地過孔距離包地銅皮最近的話對高頻的性能會越好,高頻的衰減會越小,這樣更有利于保證高頻的測試性能,地過孔越遠,損耗越大,而且還會出現諧振。其實這是由于回流路徑的相位差造成的諧振。這聽起來好像有那么一丟丟復雜是吧?
稍微解釋下哈,就好像你和媽媽一起去買菜,去的時候是一起走,但是回來的時候你們各自走不同的路回家,然后你們回到家的時間是不一樣的,這個不一樣的時間就是相位差,包地過孔距離銅皮越遠,就好像你和媽媽回到家的時間相差越多一樣,就會導致最嚴重,最靠近低頻段的諧振。
但是細心的朋友就會有反駁的機會了,那為什么沒地過孔在高頻反而比50mil的地過孔性能要好啊!!你是不是標簽標錯了啊。

還好,標簽是沒錯的。還是說回買菜這檔子事唄,就好比你和媽媽去買完菜,你們一起回家,但是選了一條比較難走的路回家,所以無論怎么樣你們回到家的時間都是一樣的,所以基本沒有相位差,所以沒有諧振,所以在很高頻的時候會比50mil距離打孔有優勢(其實再往更高頻走,就會比30mil甚至10mil都會好)。但是路難走啊(只能通過地平面的耦合進行回流),所以你們的精力會浪費很多(中低頻段損耗會比較差)。Anyway,包地的確會是一個復雜而有點不可預測的case哈,希望我的講解你們能聽懂并且覺得有幫助唄。