高速电路与系统互连设计--串扰及其消除课件.ppt

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1、高速电路与系统互连设计中信号完整性(SI)分析--------串扰及其消除引言串扰是四类信号完整性问题之一，它是指有害信号从一个网络转移到相邻网络。任何一对网络之间都存在串扰。串扰是发生在一个网络的信号路径及返回路径和另一个网络的信号路径及返回路径之间的一种效应。不仅仅只是信号路径，它与整个信号－返回路径回路都密切相关。串扰的基本概念串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。这种干扰是由于两条信号线间的耦合，即信号线之间互感和互容耦合引起的。容性耦合（当干扰源产生的干扰是以电压（跳变）

2、形式出现时，干扰源与信号电路之间就存在容性（电场）耦合，这时干扰电压线电容耦合到信号电路，形成干扰源）引发耦合电流。感性耦合（当干扰源是以电流（跳变）形式出现的，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰）则产生耦合电压。传输线近端串扰和远端串扰近端串扰对近端串扰估计出一个设计规则，两线的间距应该保证使相邻走线间的近端噪声要少于5%/2.1=2%。要达到这个要求，信号走线之间的间距要至少是2倍的线宽。在带状线和微带线中，间距分别为1倍线宽，2倍线宽，3倍线宽下的耦合传输线模型均匀传输线的串扰和饱和长度Activeline

3、─动态线Quietline─静态线farend─远端nearend─近端只是在信号前沿处，电压或电流发生变化，只在这个区域中有耦合噪声电流从动态线“流到”静态线上。信号前沿也可以看作是沿导线移动，且与电压同相的电流源。在每一时刻，流经互容的总电流为：V信号电压Cm上升时间的空间延伸长度段上的耦合互容Ic从动态线流到静态线上的容性耦合噪声电流总的耦合电容就是上升时间空间延伸长度段上的电容：其中：Cm上升时间的空间延伸长度上的耦合互容CmL单位长度互容(C12)△X信号前沿沿动态线传播时的空间延伸RT信号上升时间IC从动态线流到静态

4、线上的容性耦合噪声电流V信号电压V信号传播速度注入到静态线上的瞬时容性耦合电流总量为(移动电流源)：静态线上互感感应的瞬时电压为(移动电压源)：其中：VL从动态线到静态线上的感性耦合噪声电压I动态线上的信号电流LmL单位长度互感(L12)v信号传输速度RT信号上升时间静态线上的耦合噪声有四个很重要的性质：瞬时耦合电压噪声值和电流噪声值取决于信号的强度。----绝对幅度瞬时耦合电压噪声值和电流噪声值取决于以单位长度互容和单位长度互感为度量的单位长度耦合量。单位长度耦合增加，则瞬时耦合噪声也将增加。----互感互容速度越快，瞬时耦

5、合总电流越大。----信号速度与介质材料有关信号的上升时间并不影响总的瞬时耦合噪声电压或电流。较短的上升时间使单位长度互容(或互感)的耦合噪声增加，但是前沿空间扩展也越短，发生耦合的总互容和总互感就越小。----上升边无关饱和长度饱和长度：上升边空间延伸的耦合长度Lensat=RT×v≈RT×6in/ns其中(FR4的PCB)：Lensat近端串扰的饱和长度（in）RT信号上升时间v信号在动态线上的传播速度饱和长度就是前沿的空间延伸。如果耦合区域的长度大于饱和长度，静态线上的瞬时耦合噪声值就与上升时间无关。ctiveline─动

6、态线Quietline─静态线Saturationlength─饱和长度容性耦合电流两条耦合线等效电路模型，只给出耦合电容、耦合电流和信号前沿空间延伸(上边红色的为后向电流，下面绿色的为前向电流的传播及叠加示意图)近端容性串扰时间当动态线上的信号到达远端端接后，就不再有耦合噪声电流，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。近端的特征，就是容性耦合电流上升到一个恒定值并持续达2×TD，然后下降到0，其中上升时间等于信号上升时间。近端容性耦合饱和电流的幅度其中：Ic静态线近端的容性耦合饱和噪声电流Cm

7、L单位长度互容(C12)v信号传播速度V信号电压1/2因子来源于一半电流流向近端，另一半流向远端1/2因子后向噪声电流在时间2×TD内流动远端容性串扰V远端噪声Time时间TD时延RT上升时间从动态线耦合到静态线上的电流总量将集中于这个窄脉冲中。电流脉冲的幅度，在端接电阻上转化为电压V信号电压1/2因子容性耦合电流流向远端的部分CmL单位长度互容(C12)RT信号上升时间Ic从动态线流到静态线上的容性耦合噪声总电流感性耦合电流感性耦合特点沿传输线传播时，动态线上变化的电流从信号路径流到返回路径。这一电流回路最终会在静态线上感应出

8、一个电流回路。静态线上电流以相反的方向环绕成感应电流回路。动态线上的信号边沿附近，静态线上感应的电流回路方向是从返回路径流向信号路径。沿后向传输时，电流回路是从信号路径流到返回路径。这与容性耦合电流的方向相同，所以近端的容性噪声电流和感性耦合噪声电流将叠加在一起