信号完整性分析课程报告之串扰

《信号完整性分析课程报告之串扰》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、信号完整性分析课程报告标题：基于Hyperlynx的信号完整性的串扰仿真与分析学院：信息科学与技术学院专业：电子与通信工程姓名：柯海洋学号：13213075课程背景：当频率超过50MHz时,印刷电路板板材的电参数,元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等因素都将影响系统性能,信号完整性(信号质量)已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。对信号完整性中的串扰进行了相关的理论分析,同时,采用Hyperlynx信号完整性工具进行了有效的仿真试验,验证了理论分析的正确性和相关性。1、引言信号完整性是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，就称该

2、信号是完整的。它包括反射、串扰和时序等方面,其中串扰是保证信号完整性设计时重点考虑的方面。串扰是芯片上走线之间的寄生耦合，它普遍存在于数字电路中：芯片内部、PCB板、接插件、芯片封装以及通信电缆等。随着技术的发展，消费者对产品的要求越来越向小而快发展，在这种情况下，必须更加注意数字电路系统中的串扰现象。因此，了解串扰的机理以及如何在设计中避免就显得非常重要。2、串扰机理串扰是指当信号在传输线上传输时,因电磁场而对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。这种干扰是由于2条信号线之间的耦合，即信号线之间互感和互容耦合引起的。感性耦合产生耦合电压，容性耦合则引发耦合电流。串扰按产生机理分

3、为电感性和电容性，同时按串扰在被干扰线上产生的位置分为前向串扰与后向串扰。2.1、感(容)性串扰当干扰线上有一个由低到高变化的信号从源端传向负载端时，干扰线上的分布电感(容)会产生一个时变磁(电)场，被干扰线将包括在这个磁(电)场里面。因此，变化的磁(电)场在被干扰线上产生感应电压(电流)。这个感应电流(电压)分别向被干扰线的近端和远端2个方向传播,朝近端传播的串扰称为近端串扰(也称后向串扰)；另一个向远端传播的串扰称为远端串扰(也称前向串扰)。2.2　前向串扰信号以相同的速度向前移动,因此各串扰点感应的前向串扰噪声是不断叠加的。同时,串扰只产生于信号变化的时刻,前向脉冲的持续时间

4、等于干扰信号的跳变时间。因此,前向串扰表现为一个尖端脉冲。2根线的串扰长度越长,脉冲的峰值越大。当信号经过干扰线时,时变的电场在被干扰线上产生一个极性和原信号相同的容性串扰电压,而时变的磁场产生一个极性相反的感性串扰电压。因此,对于前向串扰,表现为容性串扰和感性串扰的互相抵消,当两者的串扰长度相同时，前向串扰完全消失。实际中很少有容性和感性串扰完全抵消的情况，但在许多串扰环节里，前向串扰确实相当小，而后向串扰是考虑的重点。2.3　后向串扰后向串扰产生的机制和前向串扰相同，但它与前向串扰之间存在一些不同点。由于后向串扰与干扰信号的方向相反，因此各串扰点的噪声是源源不断的回到近端的，表

5、现为一个长脉冲。后向串扰从信号离开源端开始，经过Tof，信号到达负载端，此时该串扰点产生的后向串扰还要经过一个Tof才能回到近端。因此，后向串扰的脉冲宽度等于两倍的串扰线的延时。后向串扰的容性和感性部分具有相同的极性，与干扰信号的极性相同,因此它们相互叠加而不是抵消。当传输线延时大于的1/2tr时,后向串扰达到峰值，串扰电压峰值将不随传输线长度的增加而增大，即后向串扰达到饱和。2.4　后向串扰的饱和只有跳变的信号产生串扰,并且后向串扰持续的时间为2Tof。因此,如果在2倍的传输线延时内信号跳变沿的最后一部分还没有开始传输(tr>2Tof),那么后向串扰将达不到它的峰值。所以，当传输

6、线的延时小于1/2tr时，增加传输线,后向串扰随之增加。实际上,传输线的饱和长度即是1/2的信号上升时间。3　传输模式和串扰3.1　不同模式下的串扰(1)奇模(oddmode)。当2根耦合的传输线相互之间的驱动信号幅值相同但相位相差180度的时候,称为奇模传输模式。由于2线间总是存在电位差,此时电场耦合加强,互容增加,等效电容增大。又因为电流流向总是相反,产生的磁场总是相互抵消,所以磁场耦合减弱,互感减小,等效电感减小。图1为奇模下的电磁场分布图。图1　奇模下的电磁场分布(2)偶模(evenmode)。当2条耦合传输线上驱动信号的幅度与相位都相同时,称为偶模传输模式。与奇模传输模式

7、的分析类似,可知此时电场耦合减弱,磁场耦合增强。互容减小，互感增加，等效电容变小，等效电感增大，图2为偶模下的电磁场分布。图2　偶模下的电磁场分布3.2　偶模传输线的匹配在奇/偶模激励方式下,具有3个电阻的π型和T型网络都能很好匹配一对耦合传输线并防止反射。(1)π型匹配网络。参照图3,电阻R1,R2,和R3必须进行合适地选择以匹配奇/偶模时的传输。图3耦合传输线的π终端匹配偶模激励时,V1=V2,所以R3没必要使用,R1=R2=偶模阻抗值;奇模激励时,V1=-V2,