信号完整性SI学习笔记_chapter7

若平面紧密耦合，且之间阻抗很小，则轨道塌陷怎样都会很低，此时，驱动器连接哪一平面都无关紧要，平面间的耦合为返回电流尽量接近信号电流提供了低阻抗。

信号路径中途作层转换。

信号从第一层，突然过孔流到第四层；前半部分返回路径信号在第二层信号路径下方，下半部分则在第三层，更靠近信号电流。

返回路径通过平面电容来跨过层，围绕出砂孔盘旋穿到另一层。两个平面构成一条传输线，其阻抗即两平面瞬态阻抗。返回电流经过阻抗产生的压降，又被称为地弹。阻抗越大，地弹噪声也越大。

改变参考平面的信号线灰加大地弹噪声，使信号线受其他噪声干扰。因此，设计返回路径阻抗减到最小，一般是将参考平面设计为两个平面，并使之介质最薄。

两个返回平面之间返回电流以扩张圆从信号过孔往外扩，瞬态阻抗减少，当圆半径增大，单位长度电容增大，使分析难度增大，需要场求解器。

建模估算总电容：

其中

瞬时阻抗大小：

其中

简化一下，可得

介质厚度2mil与10mil：

Tip：当返回路径阻抗约50Ω的5%时，影响相当大了，有个信号经平面切换时，返回路径允许的最大阻抗就是2.5/nΩ。减小地弹的唯一方法就是降低阻抗。

主要措施： 信号切换层时，总要一个同参考电压的相邻平面，切换平面间的短路过孔尽可能靠近信号孔。

具有不同直流电压的参考平面间的距离尽可能薄 扩大相邻切换过孔的距离，避免初始瞬间当返回路径阻抗很高时，返回电流叠加

有时，在参考平面间并去耦电容，以减小返回路径阻抗。但实际电容模型还有回路电感与等效电阻，限制了分立耦合电容在短上升时间信号中的作用。对于可用分立形式的高频元件，决定实际电容阻抗的是回路电感。

下图给出理想回路电感（单焊盘—多过孔结构或交指型电容(IDC)才能做到）

信号带宽小于1GHz时，此实际电容才能为返回路径提供低阻抗通路，电容量大于1nF并不能增加其作用，低频时平面间阻抗本来就低。（串联电感低的电容更有效）

即使0.5nH回路电感的电容，在高于1GHz时，其阻抗仍很大，而此时平面间的阻抗也大，地弹更为突出。因此，最有效降低地弹的方法是是参考平面间介质尽可能薄。

信号电流切换平面就会产生瞬变电压，由于平面阻抗小，瞬变电压低。多个信号注入平面都会带噪声，注入到平面的电流由信号阻抗（传输线阻抗）决定，两平面间的电压噪声取决于平面间阻抗。

有时把相邻平面层内的电路板边沿间电压来回反射称为平面间的谐振。由于导体与介质，谐振会衰减消失，有些谐振频率分量与电路板之间往返时间相匹配。平面间电容能起到一定改善，有助于维持平面间低阻抗（谐振频率范围内），和保持平面间低电压，但并不能改变瞬态地弹电压。

应避免谐振产生，随上升时间减少，问题愈加严重。

传输线的一阶模型

理想传输线：恒定瞬态阻抗与时延。属于分布式模型，特性均匀分布于传输线。

在零阶模型（物理模型，非等效电气模型）划分之下，传输线描述成一系列的相互间有一定间距电容的集合。进一步地，每小节描述成回路电感，进一步近似物理模型，每小节信号路径与返回路径间存在局部电感。可构成模型如下：

把理想分布传输线近似为一系列LC电路，模型中电感就是回路电感。（节数多，近似程度越好）

总电容：

总电感：

其中：

利用网络的方法，求解LC网络的微分方程。得到特征阻抗：

时延：

即：

其中：

信号速度取决于材料介电常数、单位长度电容和单位长度电感。

由特性阻抗与速度关系