高速数字系统的串扰问题分析

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1、吴昊等：高速数字系统的串扰问题分析高速数字系统的串扰问题分析吴昊，陈少昌，王杰玉(海军工程大学湖北武汉430033)摘要：在高速数字电路设计中，信号完整性问题越来越突出，已经成为高速电路设计工程师不可避免的问题。串扰问题是信号完整性问题中的重要内容。分析串扰产生的机理，讨论各种影响串扰的因素，建立了两线串扰模型并采用MentorGraphic公司的信号完整性分析软件Hyperlynx进行了仿真实验。仿真结果表明：耦合长度、线距、信号的上升时间以及介质层对两线之间的串扰都有直接影响，在仿真研究的基础上针对以上因素的影响提出减小串扰的有效措施。关键词：高速数字电路；信号完整性；串扰；Hyper

2、lynx中图分类号：TN710文献标识码：A文章编号：1004—373X(20O9)Ol一170一O4CrosstalkAnalysisforHighSpeedDigitalSystemWUHao，CHENShaochang。WANGJieyu(NavalUniversityofEngineering，Wuhan，430033，China)Abstract：Signalintegrityhasbecomeaproblemwhatcannotbeignoredbydesignersinthehighspeeddigitaldesign．Asoneoftheproblemsofsignalin

3、tegrity，crosstalkisanalyzedinthispaper．ThenonemoduleisfoundforitandsimulatedusingHyperlynx，softwareforsignalintegrityanalysisofMentorGraphic．Variousfactorssuchasthecoupledlength，signalrisetimeandthedielectriclayerofcrosstalkbetweenthetwolineshasadirectimpactarediscussed，basedontheresults，andeffici

4、entmeasuresareputforwardtOreduceerosstalk．Keywords：highspeeddigitalcircuit；signalintegrity；crosstalk；Hyperlynx随着电子技术的不断发展，在高速电路中信号的频称后向串扰)，而远离干扰源一端的串扰称为远端串扰率的变高、边沿变陡、电路板的尺寸变小、布线的密度变(或称前向串扰)。由于产生的原因不同将串扰可分为大，这些因素使得在高速数字电路的设计中，信号完整容性耦合串扰和感性耦合串扰两类。性问题越来越突出，其已经成为高速电路设计工程师不可避免的问题。串扰是指有害信号从一个网络转移到另一个网络，

5、它是信号完整性问题中一个重要问题，在数字设计中普遍存在，有可能出现在芯片、PCB板、连接器、芯片封装和连接器电缆等器件上]。如果串扰超过一定的限度就会引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。因此了解串扰问题产生的机理并掌握解决串图1两条传输线的耦合扰的设计方法，对于工程师来说是相当重要的。1．1容性耦合机制1串扰问题产生的机理当干扰线上有信号传输时，由于信号边沿电压的变串扰是信号在传输线上传播时，由于电磁耦合而在化，在信号边沿附近的区域，干扰线上的分布电容会感相邻的传输线上产生不期望的电压或电流噪声干扰，信应出时变的电场，而受害线处于这个电场里面，所以变号线的边缘场效应是导致串扰产生的根本

6、原因【】]。为化的电场会在受害线上产生感应电流。可以把信号的了便于分析，下面介绍几个有关的概念。如图1所边沿看成是沿干扰线移动的电流源，在它移动的过程示L2j，假设位于A点的驱动器是干扰源，而位于D点的中，通过电容耦合不断地在受害线上产生电流噪声。由接受器为被干扰对象，那么驱动器A所在的传输线被于在受害线上每个方向的阻抗都是相同的，所以50称之为干扰源网络或侵害网络(Agreessor)，相应的接的容性耦合电流流向近端而另50则传向远端。此收器D所在的传输线网络被称之为静态网络或受害网外，容性耦合电流的流向都是从信号路径到返回路径络。静态网络靠近干扰源一端的串扰称为近端串扰(tO的，所以向

7、近端和远端传播的耦合电流都是正向的。对于近端容性耦合串扰，随着驱动器输出信号出现收稿日期：2008—07～O2上升沿脉冲，流向近端的电流将从零开始迅速增加，当l7O《现代电子技术~2oo9年第1期总第288期电子技术应用边沿输入了一个饱和长度以后，近端电流将达到一个固的串扰电压大小相等，因此远端串扰的总噪声由于容性定值。另外，流向近端的耦合电流将以恒定的速度源源和感性耦合的极性不一样而相互抵消。在带状线电路更不断地流向近