信号的返回电流和返回路径宽度等问题

电子设计联盟

信号的返回电流
传输线的最初理解是用于信号传输，是由任意两条一定长度的导线组成，一条为信号线，另一条为返回线，也可以理解为信号路径和返回路径。
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! {* |0 X& X2 c2 K% \信号的传输是因为电压差，以此产生的电场和磁场，信号就是在这种电磁场变换中，一步一步，往前推进的。既然存在电磁场的变换，有的资料给出的解释：互容和互感，也就是电压的变化和电流的变化。
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前面信号的传输已讲过，信号的传输不是瞬时到达，是有时间延迟的。当然，这种延迟是和真空中的光速对比。信号的传输既然存在延迟，在传输过程中，是存在回流的，以此形成信号传输的电流环路。这个地方就存在疑惑：信号的返回电流是什么样的情况？是否也存在延迟？
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8 b6 G/ Z3 Z5 X3 k- o  w为了更直观的表明信号的返回电流情况，搭建相关的电路进行仿真。
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2 b* c( e$ d, E, g* ^. \: X为了更贴合产品的设计，layer2以400mil 的线来表征返回路径平面，仿真得到的波形如下：
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8 h  H. E* P2 |) a( ^仿真得到的波形，可以很直观地展现我们疑惑的问题。结论就是：信号的返回电流是瞬时的，不存在延迟。
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& W3 o, O7 h- H$ D$ L+ M返回路径的宽度
说完返回电流的问题，那就说说返回路径的问题。返回路径在以往的学习资料中都是以足够宽的平面来说明的，但是在实际的产品设计中，由于空间的限制，有些信号的返回路径没有足够大空间，换句话说，这个返回路径平面需要多宽来保证信号的返回电流？

' e# o% t( O) v2 z( x: [在搭建相关仿真链路之前，这里先进行一个概念共识，这里的H是指信号离最近参考平面的介质高度，示意图如下：

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. k$ F- d* a0 r( O$ z2 H以此，在高速类产品设计中，有近端参考和远端参考的概念。具体来说，就是信号有上下两个参考平面，如果两个参考平面的间距不一致，信号的回流以哪个平面为主？这个问题留在后面再讲，这里不做展开。
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搭建相关仿真及仿真结果如下：

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# Q4 {/ _% q' b, G' C第一种情况：

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* `2 ]' ]# J9 u; m( ?' i1 d( w第二种情况：

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第三种情况：

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第四种情况：
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第五种情况：
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* W) ^. B* D$ C2 Z6 ^% ?; _" }以产品的实际设计中，常见的5H，7H，11H，15H和20H五种情况为例，进行相关的仿真，从仿真数据中，可以得出：当返回平面的宽度到达15H，本例为4 mil，也就是60 mil宽的时候，返回路径上的电荷密度就不会再增大了，这也就是说，这个宽度的平面就可以完全负载信号回流。

+ ^& F( Z6 @) ]以此可以推出，信号的返回平面不是越宽越好，当宽到一定程度作用就不是很明显。这个和电源平面概念不一样，电源的平面有RLC的影响因素。
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关于返回路径平面，还有一个需要注意的地方，就是信号线离参考平面边缘的距离，推荐20H，关于最小值，有的资料＞3H，有的资料最少是5mil。

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