1、串扰是怎么产生的?

当信号沿传输线传播时,信号路径和返回路径之间将产生电力线;围绕在信号路径周围就会产生延伸到周围空间的磁场。这些延伸出去的场称为边缘场,边缘场将会通过互容与互感转化为另一条线上的能量。而串扰的本质,其实就是传输线之间的互容与互感。

串扰可以分成两部分,一部分与信号方向相同,传至接收端方向,我们把它叫做远端串扰或者前向串扰。另一部分与信号方向相反,传至发送端方向,我们把它叫做近端串扰或者后向串扰。

近端串扰和远端串扰是由传输线的物理结构而决定的,显然在信号的传递过程中近端会首先受到干扰,并且持续的时间比较长,达到传输线的2倍;远端串扰需要经过一段传输线的延时之后才会受到干扰。

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(1)

近端串扰和远端串扰波形

2、如何解决串扰?

. 在情况允许范围内尽量增大线间距,因为间距越大,电容电感之间的影响就越小,电磁场耦合也会变小,这样会使串扰明显的减小;但是要考虑到布线空间是否能满足设计的要求;

. 仔细选择元器件和设计电路,在满足信号完整性和功能的要求下,降低上升沿/下降沿速度,减小串扰;

. 在设计PCB时,使信号网络尽量靠近参考网络,这样可以减少相邻信号网络的串扰;

04.传输线和参考平面间的距离越小越好,这样会使其更紧密地耦合,减少临近线的干扰;

05.如果不同层的信号存在干扰,那么走线时让这两层走线方向垂直,因为相互垂直的线,电场和磁场也是相互垂直的,可以减少相互间的串扰。

06.尽可能使用介电常数最低的叠层介质材料,这样做可以在给定特性阻抗的情况下,使得信号路径与返回路径间的介质厚度保持最小。

3、如何进行串扰的仿真

在分析串扰时,仿真是一种常用的手段。是德科技的PathWave ADS仿真软件,可以轻松仿真PCB串扰, 结合是德科技的网络分析仪和PLTS软件进行串扰的测试,可以完成从概念设计,仿真,原型机设计, 验证到生产制造和部署的全流程管理,从而加速产品开发流程。

串扰的仿真又分为定性的仿真分析和定量的仿真分析。

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(2)

前面介绍了串扰与传输线耦合间距、激励源的上升时间、信号到参考层的距离有关系。下面以串扰与传输线的耦合间距的关系为例进行仿真,搭建仿真拓扑结构如下图所示:

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(3)

运行仿真后获得远端串扰和近端串扰的波形曲线,如下图所示:

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(4)

左图为近端串扰,右图为远端串扰。使用微带线时,随着传输线的耦合间距增加,不管是近端串扰还是远端串扰,幅值都在变小。

针对其它影响的因素,大家可以按照此方式进行仿真对比。

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(5)

这个PCB结构为带状线的,仿真后可以获得一个4端口的S参数,串扰曲线如下图所示:

为什么会产生串扰 串扰问题太恼人(6)

串扰与S参数曲线

从上图可以看出,远端串扰S(4,1)比较低,近端串扰S(3,1)稍微比较高一些。

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