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高速数字系统的串扰问题分析
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-23 13:30:14




    当信号在于扰线上传播时,由于信号电流的变化,在信号跃变的附近区域,通过分布电感的作用将产生时变的磁场,变化的磁场在受害线上将感应出噪声电压,进而形成感性的耦合电流,并分别向近端和远端传播。与容性耦合电流不一样的是,感性耦合电流的方向与干扰线上信号传播的方向是反向的,向近端传输时,电流回路是从信号路径到返回路径,而向远端传输时,电流回路则是从返回路径到信号路径。
    对于近端感性耦合串扰,其特征与近端容性耦合串扰非常相似,也是从零开始迅速增加,当传输长度大于等于饱和长度以后,将稳定在一个固定值,持续时间是两倍的传输延迟。因为流向近端的感性耦合电流与容性耦合电流同向,所以两者将叠加在一起。
    对于远端感性耦合串扰,感性耦合噪声与干扰线上信号边沿的传播速度相同,而且在每一步将会耦合出越来越多的噪声电流,持续的时间等于信号跃变的时间。但是由于电流流向与远端容性耦合电流是反向的,所以到达受害线远端接收器的耦合电流是两者之差。具体的感性耦合如图3所示

l.3 互感和互容的混合效应
    一般地,在完整的地平面上,容性和感性的耦合产生的串扰电压大小相等,因此远端串扰的总噪声由于容性和感性耦合的极性不一样而相互抵消。在带状线电路更能够显示两者之间很好的平衡,其远端耦合系数极小,但是对于微带线路,由于与串扰相关的电场大部分穿过的是空气,而不是其他的绝缘材料,因此容性串扰比感性串扰小,导致其远端串扰系数是一个小的负数。

2 串扰的仿真分析
    在实际的设计中,板层特性(如厚度,介质常数等)以及线长、线宽、线距、信号的上升时间等都会对串扰有所影响。下面结合使用Mentor Graphie公司的信号完整性仿真软件Hyperlynx,对上述的影响串扰的因素进行分析。首先在Hyperlynx中建立两线串扰的模型,如图4所示,设两线的线宽为5 mil,线长为6 in,线距为5 mil,两线均为顶层微带线,特性阻抗为49.5Ω,两线都端接50Ω的电阻,以消除反射的影响。干扰线的驱动器采用CMOS工艺器件的IBIS模型,电压为3.3 V,频率为100 MHz。PCB的介电常数为4.3,六层板,其叠层结构如图5所示。

2.1 耦合长度对串扰的影响
    改变两线的耦合长度,分别将耦合长度设置为3 in,6 in,10 in,其他设置不变。
    图6(a)是耦合长度为3 in的串扰波形,其中近端串扰峰值为126.34 mV,远端为43.01 mV;图6(b)是耦合长度为6 in的串扰波形,其近端串扰峰值为153.23 mV,远端为99.46 mV;图6(c)是耦合长度为10 in的串扰波形,其近端串扰峰值为153.23 mV,远端为163.98 mV。由此可见,对于远端串扰峰值与耦合长度成正比,耦合长度越长,串扰越大;而对于近端串扰,当耦合长度小于饱和长度时,串扰将随着耦合长度的增加而增加,但是当耦合长度大于饱和长度时,近端串扰值将为一个稳定值。

2.2 线间距对串扰的影响

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