地線，又稱避雷線，是指用來將電流引入大地的導線;電氣設備漏電時，電流通過地線進入大地。地線的符號是E(Earth);可分為(wei) 供電地線、電路地線兩(liang) 種。工程界常常使用保護地線進行隔離，來抑製信號間的相互幹擾。的確，保護地線有時能夠提高信號間的隔離度，但是保護地線並不是總是有效的，有時甚至反而會(hui) 使幹擾更加惡化。使用保護地線必須根據實際情況仔細分析，並認真處理。  

保護地線是指在兩(liang) 個(ge) 信號線之間插入一根網絡為(wei) GND的走線，用於(yu) 將兩(liang) 個(ge) 信號隔離開，地線兩(liang) 端打GND過孔和GND平麵相連，如圖所示。有時敏感信號的兩(liang) 側(ce) 都放置保護地線。   

要想加入保護地線，首先必須把兩(liang) 個(ge) 信號線的間距拉開到足以容納一根保護地線的空間，由於(yu) 拉開了信號線的間距，即使不插入保護地線，也會(hui) 減小串擾。插入保護地線會(hui) 有多大的作用？    

低頻模擬信號包地  

我們(men) 來看表層微帶線情況下串擾的大小。假設走線是50Ω阻抗控製的，線寬為(wei) 6mil，介質厚度為(wei) 3.6mil，介電常數為(wei) 4.5。並假設兩(liang) 路信號都是載波頻率為(wei) 30Mhz，帶寬為(wei) 2Mhz的模擬信號。  

下圖顯示了三種情況下的遠端串擾情況。當線間距為(wei) 6mil時，由於(yu) 兩(liang) 條線緊密耦合，遠端串擾較大。把間距增加到18mil，遠端串擾明顯減小。進一步，在兩(liang) 條線之間加入保護地線，地線兩(liang) 端使用過孔連接到地麵，遠端串擾進一步減小。   

對於(yu) 低頻模擬信號之間的隔離，保護地線的確很有用。這也是很多低頻板上經常見到的“包地”的原因。但是，如果需要隔離的數字信號，情況會(hui) 有所不同。我們(men) 分表層微帶線和內(nei) 層帶狀線兩(liang) 種情況來討論保護地線對數字信號的隔離效果。以下討論我沒假定PCB走線都是50Ω阻抗控製的。

表層走線 

仍然使用上麵的表層走線疊層結構，線寬為(wei) 6mil，介質厚度為(wei) 3.6mil，介電常數為(wei) 4.5。攻擊信號為(wei) 上升時間Tr=200ps的階躍波形。考慮以下三種情況下的近端串擾和遠端串擾的情況，如下圖所示，其中耦合段長度為(wei) 2000mil。

Case1：兩(liang) 條走線間距gap=1w（w=6mil表示線寬）；

Case2：兩(liang) 條走線間距gap=3w，僅(jin) 僅(jin) 拉大道能夠放下一條保護線的間距，但不適用保護線；

Case3：兩(liang) 條線間距gap=3w，中間使用保護地線，並在兩(liang) 端打GND過孔。    

下圖顯示了三種情況下串擾波形，無論是近端串擾還是遠端串擾，走線間距從(cong) 1w增加到3w時，串擾都明顯減小。在此基礎上，走線間插入保護地線，串擾如下圖中Case 3所示，相比Case 2，插入保護地線，不但沒有起到進一步減小串擾的作用，反而增大了串擾噪聲。

這個(ge) 例子表明，拉開走線間距是最有效的減小串擾的方法。保護地線如果使用不當，可能反而會(hui) 惡化串擾。因此，在使用保護地線時，需要根據實際情況仔細分析。保護地線要想起到應有的隔離作用，需要再地線上添加很多GND過孔，過孔間距應小於(yu) 1/10λ，如圖所示。λ為(wei) 信號中最高頻率成分對應的波長。

內(nei) 層走線  

對於(yu) 內(nei) 層走線，如下圖所示：    

介電常數為(wei) 4.5，阻抗為(wei) 50Ω。考慮到下圖三種情況。攻擊信號為(wei) 上升時間Tr=200ps的階躍波形，入射信號幅度500mv，耦合長度為(wei) 2000mil，近端串擾如圖所示，加入了保護地線，近端串擾從(cong) 3.44mV進一步減小到了0.5mV。信號隔離度提高了16B。對於(yu) 內(nei) 層走線，加入保護地線能夠獲得更大的隔離度。   

對於(yu) 表層走線來說，使用密集型的GND過孔，對提升隔離效果是有好處的。但是，對於(yu) 內(nei) 層走線來說，使用密集型的GND過孔幾乎得不到額外的好處，下圖對比了GND過孔間距為(wei) 2000mil（保護地線兩(liang) 端打GND過孔）和GND過孔間距為(wei) 400mil時的近端串擾情況，串擾量幾乎沒有變化。  

間距增加到5w時情況如何？  

當走線間距進一步加大，保護地線仍保持在6mil的線寬時，對於(yu) 表層走線來說，保護地線的作用減小。在下圖中，兩(liang) 條線間距拉到5w時，兩(liang) 種情況下近端串擾和遠端串擾量和不使用保護地線情況相當，沒有明顯改善。因此，對於(yu) 表層走線來說，走線間距很大時，中間再加入保護地線，幾乎沒有什麽(me) 效果，如果處理不好反而會(hui) 使串擾惡化。

對於(yu) 內(nei) 層走線來說，保護地線仍然會(hui) 起很大作用。如下圖，內(nei) 層間距為(wei) 5W，兩(liang) 種情況下近端串擾噪聲波形如圖。中間加入了保護地線，能明顯改善近端串擾。   

結論  

1、保護地線對低頻模擬信號的隔離通常都是有效的。但是在數字信號之間的保護走線並不是那麽(me) 有用，有時反而會(hui) 使情況更惡化。

2、對於(yu) 表層走線，如果保護地線的GDN孔間距很大，可能會(hui) 使串擾更加嚴(yan) 重，必須使用非常密集的GND孔才能起到隔離的效果。

3、對於(yu) 內(nei) 層走線，保護地線可以減小近端串擾。

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