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1、中国PCB技术网翻译整理jimmy、夹湾沟、阿鸣第三章串扰串扰,就是指一条线上的能量耦合到其他传输线,它是由不同结构引起的电磁场在同一区域里的相互作用而产生的。串扰在数字电路中非常普遍地存在着：芯片内部、PCB板、接插件、芯片封装，以及通信电缆中,都可能出现。而且,随着技术的发展,消费者对产品的要求越来越倾向于小而快,在这种情况下,就必须更加注意数字电路系统中的串扰现象。为了避免和减小这些串扰,学习串扰的原理和如何在设计中避免这些现象的发生就显得相当重要。在多导线系统中,过多的传输线间的耦合或者说串扰,将有两个不利的影响。首先,串扰会改变总线中单根传输线的性能,
2、比如传输线特征阻抗和传输速度等，而这些将会对系统时序和信号完整性问题产生一定的影响；再者,串扰会将噪声感应耦合到其他的传输线上,这将进一步降低信号完整性，导致噪声裕量变小。串扰对系统性能的危害程度在很大程度上取决于数据模式、线间距以及开关速度等方面。在这章里,我们将详细介绍串扰产生的原理,提供建模的方法，以及对串扰在系统性能中的各方面影响进行详细得阐述。3.1.互感和互容互感是引起串扰的两个重要因素之一,互感系数L标志了一根驱动传输线通过磁场对m另外一根传输线产生感应电流的程度。从本质上来说,如果“受害（Victim）线”和驱动线(侵略线)的距离足够接近，以至于
3、侵略线产生的磁场将受害线包围其中,则在受侵略的传输线上将会产生感应电流,而这个通过磁场耦合产生的电流在电路模型中就通过互感参数来表征。互感L的作用下，将根据驱动线上的电流变化率而在受害线上引起一定的噪声，噪声电压m的大小与电流变换率成正比，通常可以由下式计算：(3.1)由于感应噪声正比于信号的变化率,互感在高速数字电路的应用中显得尤为重要。互容是引起串扰的另外一个重要因素,互容是两导体间简单的电场耦合,这种耦合在电路模型中以互容的形式表现出来。互容C将产生一个与侵略线上电压变换率成正比的噪m声电流到受害线：（3.2)同样可以看到：感应噪声也是正比于信号的变化率，
4、因此互容在高速数字应用中也是非常重要的。应该指出的是：用来解释噪声耦合机理的公式3.1和3.2仅仅是一种简单的近似,对于串扰的具体计算公式会在后面的章节中给出。中国PCB技术网翻译整理jimmy、夹湾沟、阿鸣3.2.电感和电容矩阵在一个系统中,如果传输线之间发生了严重的耦合,那么像第二章提出的使用电容和电感组成的简单传输线模型就不再适合分析传输线的电气特征,在这种多导线系统中,我们必须考虑互感和互容来全面评估传输线的电气性能。等式3.3和3.4描述了反映寄生耦合效应影响传输线系统性能的典型方法。电感矩阵和电容矩阵被通称为传输线矩阵。场仿真器（见3.3节）通常用来
5、计算传输线系统中的电感和电容矩阵，下面例子就是一个场仿真器给出的用于N条导线系统中的典型报告。（3．3）这里，L表示线N的自感，L表示线M和N之间的互感。NNMN（3．4）在这里,C是指传输线N上的寄生电容。它包括导线N自身的对地电容及和其它传输NN线的互容之和。C就是传输线N和传输线M之间的互容。NN例3.1:两根传输线之间的矩阵图3.1的电容矩阵为：(3.5)在这里,C11,即传输线1自身的电容,它的数值等于传输线1对地电容值（C）和对传1g输线2的互容值（C）之和。12(3.6)中国PCB技术网翻译整理jimmy、夹湾沟、阿鸣图3.1:理解寄生矩阵的两导线
6、简单系统示意图另外,图3.1所示系统的感性矩阵为(3.7)这里,L11为传输线1的自感系数，L12是传输线1和2的互感系数。需要注意的是和电容值C11不一样,L11并不是自感系数和互感系数之和。3.3.场仿真器场仿真器被用来模拟多导线系统中传输线之间的电磁干扰作用，并且可以通过它计算出传输线的特征阻抗,传输速度和所有自身的和相互之间寄生的参数。它的输出结果为代表导体有效感性和容性参数的典型矩阵。这些矩阵是所有等效电路模型的基础,并且可以用来计算传输线特征阻抗,传输速度和串扰。场仿真器可以被分为两类:两维的（或者说静电的）,和三维的（或者说全波的）。大部分两维仿真
7、器得到的电感和电容矩阵是以导体长度为变量的函数表达式，它通常适用于互连分析和建模。两维（静电）仿真器的优点就是使用简单,通常可以通过非常短的时间来完成计算。它们的缺点是仿真仅仅和简单的几何尺寸有关,它们是基于对电场的静态计算来进行仿真,而没有考虑到随频率变化的参数所带来的影响,比如内在的电感和趋肤效应引起的电阻等。但由于互连的结构通常比较简单,而且可以通过别的方法来计算与频域的电阻和电感变化效应，上述缺点并不是很大的问题。另外,在市场上也存在许多三维(全波)仿真器。他们的优点是可以仿真复杂的三维空间，他们可以预测和频率相关的损耗以及内在的一些感应,散射和其他的一
8、些电磁场现象,包括辐射等
