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串扰入门与进阶

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CONTENTS

目录

1

2

3

4

5

电磁场的世界观

避免串扰的方法论

方法论的升维

升维后的进阶

总结陈词


电磁场的世界观

1


电磁波的传播


电磁波的传播

C L

Z GR


一切皆可回流

“地”

其他信号


自感？互感？有效电感？


如何“分赃”的？

电阻越小分到能量越多

电容越大分到能量越多

互感越大分到能量越多


• Be the signal

• 哪里阻抗小去哪里！

• 哪里电容大待哪里！

• 哪边互感大往哪边倒！

以上，是信号的世界观


他们的电容大小是如何的？


避免串扰的方法论

2


• 增加信号路径与回流路径之间的耦合。

• 减小信号路径与其他路径之间的耦合。

电容与互感矩阵


• 首先缩小研究变量。让S=W。

• 减小信号与平面之间的距离。

• 耦合到相邻走线上的能量明显变小。

• 但减小了平面之间的距离H，阻抗变小。

• 要想保持阻抗还是50欧姆，通过减小W，同时S也就减小了，串扰加大。

减小走线与参考平面之间的距离


• 使用较小的介电常数的板材。

• 介电常数较小的材料通常较贵。

为了保持阻抗不变我们还可以···


• 减小铜厚。

• 损耗加大。

• 较低的介电常数，较薄的铜厚意味着线宽较宽。

• 真正稀缺的资源是整板的布线空间。

为了保持阻抗不变我们还可以···


电容与间距

H

AC 0


串扰的估值


• 最有效减小串扰的方式是增加走线之间的间距。

• 有足够的空间，遵守3H/3W定律。

• 层叠设计可使信号路径与回路平面紧耦合。走线细一些，留出足够的空间规避串扰。适合DDR这种速率不是特别高的并行信号。

如何设计


方法论的升维

3


容性耦合与感性耦合

Zs

Zo

Zo

Zo

Zs

Zo

Zo

Zo

ICm Lm

near

far

near

far

ILm


• 电容

• 电感

• 传向近端的NEXT为容性耦合+感性耦合

• 传向远端的FEXT为容性耦合-感性耦合

计算方法

dt

dILV mLm

dt

dVCI mCm


近端串扰与远端串扰

TD

2TD

~Tr

~Tr

far end

crosstalk

Near end

crosstalk

Zo

V

Time = 2TD

Zo Near end current

terminated at T=2TD

V

Time = 0

Zo

Near end crosstalk pulse at T=0 (Inear)

Far end crosstalk pulse at T=0 (Ifar)

Zo

Zo

V

Time= 1/2 TD

Zo

V

Time= TD

Zo Far end of current

terminated at T=TD


耦合长度与上升时间


饱和长度


远端串扰的饱和

W=6mil，S=6mil，V=2V，RT=0.1ns，D=1-20in



W=6mil，S=6mil，V=1V，RT=0.1ns，D=1-20in



W=6mil，S=12mil，V=2V，RT=0.1ns ，D=1-20in



W=6mil，S=6mil，V=2V，RT=0.2ns ，D=1-20in


相邻层串扰


• 理想带状线没有远端串扰，所以高速串行总线要求TX与RX分开，保证串扰不会传向接收端。

• 串扰是有饱和时间的，减少耦合长度同样能减少串扰。即使只是在有空间的地方拉开。

• 要尽量避免长距离平行的微带线。

• 相邻层走线的串扰相对同层之间更大，需要避免。

如何设计


升维后的进阶

4


世界观下的跨分割


跨分割怎么办？

• 避免跨分割

• 减少跨分割的距离，非高压电源平面之间10-20mil以内即可。

• 靠近有完整参考的平面，远离分割平面。同样是3H原则。

• 差分线传输的是自身的信号+另一根信号对自己的远端串扰，可以抵御跨分割的影响。


串扰与反射 W=6mil，S=6mil，V=2V，RT=0.1ns，D=7in，攻击线终端10Mohms，源端电阻匹配


并行信号的实际情况是···


包地


包地


包地


• 线宽为9，线间距为27，线长2400mil

• 线宽为9，线间距为27，加入地线，不打孔

• 线宽为9，线间距为27，加入地线，一端打孔

• 线宽为9，线间距为27，加入地线，两端打孔

• 线宽为9，线间距为27，加入地线，打7个孔

• 线宽为9，线间距为27，两边包地，打7个孔

• 线宽为9，线间距为27，加入地线，打25个孔

我们做了这些微带线DUT


反射线长为2400mil






如果DUT换成带状线


反射波长为100mil






总结陈词

5


• 拉开间距是最有效的避免串扰的方式。

• 在不考虑损耗的情况下，加大信号与其回流路径之间的耦合。

• 跨分割会引起严重的串扰，EMC问题，需要注意。

• 阻抗匹配能有效的减小串扰。

• 包地需谨慎，数字信号不建议包地。

总结

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