設計Guard trace時需注意操作頻寬喔

By | 29 3 月, 2018

我們已經在串音干擾(5):Guard trace提到Guard traceCrosstalk抑制上有著良好的效用,但是使用上需要注意接地孔的位置與數量,數量太少容易在Guard trace上產生駐波,使耦合抑制效果不增反減!

那要怎麼在設計初期,搶先知道Guard trace會不會在操作頻寬內產生駐波呢?

駐波是相同頻率、速度的入射波與反射波疊加而成,當其產生時,會在介質或導體中形成不會前進的波形。能量最大的位置稱作波腹(Antinode),能量最小的位置稱作波節(Node)

其等效的數學公式為

Guard trace中,因為會有接地孔,當能量傳遞到接地孔,就會引發反射,並在某些頻率點產生駐波現象。我們先來討論最基本的雙端接地。

從公式中可以看出當trace兩端有接地孔時,波長在半波長時會產生駐波,又線長為L,可以得到

所以得到駐波發生頻率為

其中波在介質中行進的速度為

因此,當線長30mm,可以得到頻率大概為2.8GHz,模擬結果非常接近。(假設等效介電常數為3)

 

 

我們再來討論三端接地,也就是頭尾加中間都接地的情況,這種情況下,線長將等於波長,換算得到頻率為5.6GHz,與模擬結果相當符合。

如果是五個端點接地,可以得到頻率為11.3GHz,與模擬就有一點落差,這原因是因為等效介電常數並不是一個固定值,而是一個隨頻率變化的函數,因此在高頻時會有些許誤差。


經由這樣的計算,我們就可以知道當有Guard trace的設計需求時,需要加多少接地孔,才可以避免駐波的產生。當然,這邊只簡單介紹到5顆接地孔,實際上可能更多更複雜,也不可能是如此規律地排列,但至少有了理論就有方向!

結論:

1.Guard trace設計不良會產生駐波,嚴重影響Crosstalk表現。

2.駐波的發生頻率點可以由入射波與反射波合成的數學公式與波速導出。

3.駐波發生在倍數頻率。

4.要精準計算頻率點須得到等效介電常數隨頻率變化的函數,但差異並不會太大。