原创串扰分析与仿真(Cross talk Simulation)

 2011-9-26 10:52  7081 10 10 分类: PCB

一.串扰概念

我们知道，当信号沿线传播时，在信号路径和返回路径之间将产生电力线；围绕在信号路径和返回路径周围也有磁力线。这些电场和磁场还会延伸到周围的空间。这些延伸出去的场被称为边缘场，如果另外一根信号线刚好在边缘场范围之内的话，就会受到干扰，这样的一种耦合效应我们就称为串扰。

我们考虑最简单的一种情况，就是两根信号线之间的串扰，这一对信号线其中一根是攻击网络，也叫动态网络，另一根称之为受害网络，也叫静态网络，我们所要分析的就是动态网络的信号耦合到静态网络上后静态信号线上的噪声情况。

下面是一个串扰的波形，红色为近端噪声(NEXT), 蓝色为远端噪声(FEXT),后面我们会对其进行具体分析

二.串扰耦合途径

如果把两根耦合线等效为电路模型的话就如下图所示，可以看出，串扰基本分为电容性耦合和电感性耦合，电容和电感都与串扰有关，但是还是要区别考虑，当返回路径是很宽的均匀平面时，容性耦合和感性耦合电流量大约相同，如果返回路径不是很宽的均匀平面，而是封装中的单个引线或者接插件中的单个引脚，感性耦合电流将远大于容性耦合电流，此时，噪声的行为主要由感性耦合电流决定。

1.电容性耦合

两相邻的导线(或导体)，如果靠的够近，当一条在线有电压讯号的变化，会产生电场对另一线耦合出电流讯号变化。由于这是电场的影响，所以可以透过寄生电容(互容, mutual capacitance)模型来解释。

下面我们来分析电流情况，假设有一个边沿信号在动态线上传输，当信号变压在dV/dt或者dI/dt的区域，就会有耦合电流流到静态线上，导线上除此之外的任何地方，电压和电流都为常数，所以不会出现耦合噪声电流

注意：

只有在active line传递edge所到之处的瞬间(dI/dt arrive)，才会在quiet line产生感应成份(coupled noise, V)

上图红色为近端耦合电流，下面绿色为源端耦合电流传播及叠加示意图

当动态线上升边刚刚露出之后，随着动态信号前进，静态线上后向流动的容性耦合电流以恒定速度持续流回到近端。当前沿传输了一个饱和长度后(信号前沿的空间延伸的耦合长度称为饱和长度)，互容耦合因有增有减而维持不变，静态线近端的电压幅度将达到一个稳定值。当动态线上的信号到达远端匹配电阻器后，就不再产生新的耦合噪声电流，但是静态线上还有后向电流陆续流向静态线的近端，这段额外时间等于时延TD。

如下图所示，近端的特征，就是容性耦合电流上升到一个恒定值并持续。从2×TD开始下降到0，其中上升边等于信号上升时间。