高速数字信号完整性之串扰分析与控制

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1、《工业控制计算机》2009年22卷第5期13高速数字信号完整性之串扰分析与控制AnalyseandControlofCrosstalkinIntegralityofHighSpeedDigtalSignal张吉刘煜杨福彪（中国船舶重工集团公司江苏自动化研究所，江苏连云港222006）摘要当今飞速发展的电子设计领域，高速化和小型化已经成为一种趋势。信号频率变高，边沿变陡，印刷电路板的尺寸变小，布线密度加大等都使得串扰越来越成为一个值得注意的问题。随着电子工程师不断把设计推向技术与工艺的极限，串扰分析变得越来越重要，讨论的串扰现

2、象是高速、高密度电路设计中需要重点考虑的问题。关键词：高速，信号完整性，串扰AbstractSignalfrequencyisbecominghigher,boundaryisbecomingsteeper,thesizeofprintedcircuitboardisbecomingsmall-er,andthedensityofcircuitryisbecominghigher．Astheelectronicengineerseekstheutmostoftechniqueandtechnics,thecrosstalki

3、sbecomingmoreandmoreimportant．Thispaperdiscussescrosstalkwhichshouldbeconsideredalotinthehighspeedandhighdensitycircuitdesign．Keywords:highspeed,signalintegrality,crosstalk从广义上讲，信号完整性指的是高速数字电路产品中由互电流的分配是两个反向作用力的平衡。如果电流靠得很紧，连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号电压电流它的电感就越大（细线比宽平线的

4、电感大）。如果电流距离信号波形相互作用时，其特性参数如何影响产品的性能。所有高速数走线越远，输出信号和返回信号路径之间总的互路面积会越大，字电路的电气设计工程师都应了解信号完整性问题如何影响整从而使电感增加（电感与回路面积成正比）。个产品的性能。通过在直觉和工程实践的层次上理解信号完整感应电压与驱动信号的导数成正比，当上升时间变短的时性的基本原理，电气设计工程师可以体会到他们的决定对系统候，感应电压将变得很严重。性能所产生的影响。返回信号电流趋向于信号导体的附近，电流密度随着其相造成信号完整性问题的噪声源可以分为四类：①单一

5、网络互距离增加的平方而下降。的信号完整性；②两个或多个网络间的串扰；③电源和地分配中串扰比率≤1／［1＋（D／H）2］的轨道塌陷；④来自整个系统的电磁干扰和辐射。因为问题中涉及特由此产生了许多信号完整性问题，比如振铃、反射、近端串性阻抗，比率的大小比绝扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载等。这对数值更重要。从以上这些都是互连线的电气特性对数字信号波形所造成的不同影响。个串扰的比例式中可以看其中信号串扰最为复杂，涉及因素多、计算复杂而难以控制。出，改变走线距地平面的本文的研究内容是第二种噪声源中传输线间的串扰

6、问题。高度可以控制比率D／H。由于涉及到诸多电磁场理论等数学公式，本文在分析问题的过通常对于同一种逻程中，多以描述性的文字来定性各参数间的数学关系，将问题简辑类型的数字系统，相近图1两条走线串扰的截面图单化，以推荐设计方法为目标，以便于在高速数字系统设计过程的线路间的串扰比率在中具有推广价值。1％～3％比较好。这里假设有一个完整的接地平面，从而使每条1串扰的基本概念线只和他最近的线相互影响。来自其它较远的线的交叉耦合是时串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻可以忽略的。使用平行或指状接地系统时，许多线对互相影响，的

7、传输线产生的不期望的电压噪声干扰。过大的串扰可能引起在计算一个给定信号总的串扰电平之前，必须计算出所有串扰电路的误触发，导致系统无法正常工作。的影响之和。串扰是由电磁耦合形成的，耦合分为容性耦合和感性耦合2．2开槽地平面的串扰两种。容性耦合是由于干扰源（Aggressor）上的电压变化在被干当一个布线设计工程师把正常的布线层的空间用尽，想在扰对象（Victim）上引起感应电流从而导致的电磁干扰，而感性地层面上塞进一根走线时，会出现地槽。通常采用的方法是在地耦合则是由于干扰源上的电流变化产生的磁场在被干扰对象上层面上分割出一个

8、长条，然后在里面布线。对于垂直经过该槽的引起感应电压从而导致的电磁干扰。因此，信号在通过一导体时走线。地槽会增加其电感，也增加了串扰。这种做法是被禁止的。会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号：容性耦合信号与在密集的背板上经过连接器的引脚区域时会发生地槽的情感性耦合信号。况，因此应该确认每