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信号完整性基础--串扰(一)

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工程师说硬件
发布2023-02-26 11:13:28
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发布2023-02-26 11:13:28
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文章被收录于专栏:工程师说硬件工程师说硬件

本章我们开始信号完整性基础第三章节串扰相关知识的讲解。

01

概述

串扰:即两条信号线之间的耦合引起的线上噪声干扰。之前的文章咱们说过,传输线可以等效为一段段RLC模型。走线上存在电感,当走线上流过电流,就会产生磁场,磁场在临近导体耦合,又会产生感应电动势,从而产生感应电流。另外,两导体间还会形成等效电容,当电压变化时就会有电流耦合到临近导体。

为了降低串扰带来的影响,走线上通常要满足3W原则,即两根平行走线中心间距保持3倍线宽(一般要求串扰值在信号的5%以内)。

首先通过如下这个实验,带大家直观地认识串扰:

图1、2 ADS仿真:串扰--3W线距验证

02

串扰影响因素

影响串扰的因素有平行走线长度边沿时间、介质、线间距阻抗反射等,下面将通过一列仿真实验直观地介绍其影响。

(1)对于有较长平行走线的区域,如果反射与串扰不能兼顾时,优先考虑串扰的影响。相同走线长度下,串扰带来的插损影响要比阻抗不匹配大的多。

图3、4 ADS仿真:串扰和反射的影响对比

(2)在串扰到达饱和之前,增加平行走线长度会导致远端串扰幅度增加。

图5、6 ADS仿真:不同长度平行走线下的串扰幅度对比(2W线宽)

(3)边沿越陡,串扰幅度越大。

图7、8 ADS仿真:信号边沿对串扰幅度的影响

(4)信号层距离参考层越近,传输线和参考层耦合越紧密,临近线串扰越小。

图9、10 ADS仿真:到参考层的距离不同对串扰的影响

(5)如果线路中存在反射,反射的信号也会引起串扰。因此我们需要保证信号线阻抗的连续性,避免多次反射造成串扰的叠加。

图11、12 ADS仿真:阻抗不匹配增加串扰的影响

(6)两根平行走线阻抗越小,串扰也越小。

图13、14 ADS仿真:走线阻抗对串扰的影响

(8)信号线间距越大,串扰越小。概述中已演示案例,此处不在赘述仿真实验了。

03

近端串扰和远端串扰

串扰值测量通常在受害线的两端,靠近源端的为近端(后向串扰),反之为远端(前向串扰)。

容性耦合的能量会向远端与近端传输,感性耦合则只朝着信号相反方向流动。因此,近端串扰的能量为容性与感性耦合之和(Ic+IL),而远端串扰则为容性与感性耦合之差(Ic-IL)。如下为近端和远端串扰的示意图。

图15、16 近端和远端串扰示意图

(1)信号在向前传播的时候,近端串扰持续产生,方向跳变沿相同,幅度稳定后不变,波形宽度逐渐增加。

图17、18 ADS仿真:不同走线长度的近端串扰

(2)远端串扰随着信号向前传播,不断叠加,幅度逐渐增强(不会无限制增加,有饱和点)。远端串扰的波形宽度等于信号边沿时间。

图19、20 ADS仿真:不同走线长度的远端串扰

(3)远端串扰并不总是恶化信号,差分信号由于相位相反,因此远端串扰互相抵消。

END

本期《信号完整性基础》就讲解到这,欢迎评论区留言,下期我们接着介绍串扰剩余知识。

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原始发表:2023-01-14,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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