中心論題：

• 分析串擾信號產生機理
• 分析串擾的幾個重要特性
• 說明在PCB設計時如何控製串擾

解決方案：

• 將串擾控製在可容忍範圍
• 在電流流向、信號源與邊緣翻轉速率
  、線間距P與兩線平行長度L、地平麵等方麵控製串擾

dangjinfeisufazhandedianzishejilingyu，gaosuhuahexiaoxinghuayijingchengweiyizhongqushi，ruhezaisuoxiaodianzixitongtijidetongshi，baochibingtigaoxitongdesuduyuxingnengchengweibaizaishejizhemianqiandeyigezhongyaoketi。EDA技術已經研發出一整套高速PCB和電路板級係統的設計分析工具和方法學
，這些技術涵蓋高速電路設計分析的方方麵麵：靜態時序分析、信號完整性分析、EMI/EMC設計、地彈反射分析、功率分析以及高速布線器。同時還包括信號完整性驗證和Sign-Off
，設計空間探測
、互聯規劃、電(dian)氣(qi)規(gui)則(ze)約(yue)束(shu)的(de)互(hu)聯(lian)綜(zong)合(he)，以(yi)及(ji)專(zhuan)家(jia)係(xi)統(tong)等(deng)技(ji)術(shu)方(fang)法(fa)的(de)提(ti)出(chu)也(ye)為(wei)高(gao)效(xiao)率(lv)更(geng)好(hao)地(di)解(jie)決(jue)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)問(wen)題(ti)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)能(neng)。這(zhe)裏(li)將(jiang)討(tao)論(lun)分(fen)析(xi)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)問(wen)題(ti)中(zhong)的(de)信(xin)號(hao)串(chuan)擾(rao)及(ji)其(qi)控(kong)製(zhi)的(de)方(fang)法(fa)。
　　
串擾信號產生的機理
串chuan擾rao是shi指zhi一yi個ge信xin號hao在zai傳chuan輸shu通tong道dao上shang傳chuan輸shu時shi
，因yin電dian磁ci耦ou合he而er對dui相xiang鄰lin的de傳chuan輸shu線xian產chan生sheng不bu期qi望wang的de影ying響xiang
，在zai被bei幹gan擾rao信xin號hao表biao現xian為wei被bei注zhu入ru了le一yi定ding的de耦ou合he電dian壓ya和he耦ou合he電dian流liu。過guo大da的de串chuan擾rao可ke能neng引yin起qi電dian路lu的de誤wu觸chu發fa，導dao致zhi係xi統tong無wu法fa正zheng常chang工gong作zuo。如ru圖tu1的電路
，AB之間的門電路稱為幹擾源網絡(Aggressor Line)
，CD之間的門電路稱為被幹擾源網絡(Victim Line)。隻要幹擾源一改變狀態，我們就可以觀察到受害源處的脈衝串擾。

 
圖1　串擾的幹擾源網絡和被幹擾網絡

信號在傳輸通道上傳輸對相鄰的傳輸線上引起兩類不同的噪聲信號：容性耦合信號與感性耦合信號
，如圖2、圖3所示。容性耦合是由於幹擾源(Aggressor)上的電壓(Vs)變化在被幹擾對象(Victim)上引起感應電流(i)通過互容Cm而導致的電磁幹擾，而感性耦合則是由於幹擾源上的電流(Is)變化產生的磁場在被幹擾對象上引起感應電壓(V)通過互感(Lm)而導致的電磁幹擾。

 
圖2　電容耦合示意圖

　　
 　　　　　　　　　　　　　　
圖3　電感耦合示意圖

串擾的幾個重要特性分析
a 電流流向對串擾的影響
串chuan擾rao是shi具ju有you方fang向xiang的de，其qi波bo形xing是shi電dian流liu方fang向xiang的de函han數shu，這zhe裏li我wo們men來lai看kan兩liang種zhong情qing況kuang下xia的de信xin號hao仿fang真zhen。第di一yi種zhong情qing況kuang是shi幹gan擾rao源yuan線xian網wang與yu被bei幹gan擾rao對dui象xiang線xian網wang的de電dian流liu流liu向xiang相xiang同tong，第di二er種zhong情qing況kuang是shi幹gan擾rao源yuan線xian網wang與yu被bei幹gan擾rao對dui象xiang線xian網wang的de電dian流liu流liu向xiang相xiang反fan(即位於B點的為驅動源
，而位於A點的為負載)。AB和CD線網都加入20MHz的信號，表1給出了遠端D點的串擾峰值，串擾的波形仿真結果如圖4所示。

 
表1　電流流向不同時的串擾峰值

由仿真結果可知，電流流向為反向時的遠端串擾峰值(357.6mm)要大於電流流向為同向時的遠端口串擾峰值(260.5)。同時由圖4可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)，當(dang)幹(gan)擾(rao)源(yuan)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)向(xiang)改(gai)變(bian)後(hou)
，被(bei)幹(gan)擾(rao)源(yuan)的(de)串(chuan)擾(rao)極(ji)性(xing)也(ye)改(gai)變(bian)了(le)。這(zhe)說(shuo)明(ming)串(chuan)擾(rao)的(de)大(da)小(xiao)和(he)極(ji)性(xing)與(yu)相(xiang)應(ying)幹(gan)擾(rao)源(yuan)上(shang)信(xin)號(hao)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)向(xiang)有(you)關(guan)的(de)。

 
(a)電流為同向時的串擾波形

 　　　
(b)電流為反向時的串擾波形
圖4　電流流向對峰值的影響

遠端D點串擾一般大於近端C點串擾，因此在串擾抑製中，D點的遠端串擾通常被作為考察線網峰值串擾電壓大小的重點考慮的因素。

b 信號源頻率與邊緣翻轉速率
幹擾源信號頻率越高
，被幹擾對象上的串擾幅值越大，我們對圖1中幹擾源網絡AB上的信號頻率f1分別取不同頻率值時，對被幹擾對象上的串擾進行了仿真，仿真結果見表2，信號頻率不同時的串擾波形見圖5
，標記為“1”
、“2”箭頭所指的波形頻率分別為“500MHz”、“100MHz”。

表2　幹擾源頻率取不同值時的串擾峰值

 
由仿真結果可見，被幹擾對象上的串擾電壓與幹擾源信號的頻率取值成正比，當幹擾源頻率大100MHz時，必須采取必要的措施來抑製串擾。同時，由圖5還可以看出

，當幹擾源頻率大到500MHz時的波形，明顯看出被幹擾對象的近端C點的串擾已經大於其遠端D點(dian)的(de)串(chuan)擾(rao)，這(zhe)說(shuo)明(ming)此(ci)時(shi)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)已(yi)經(jing)超(chao)過(guo)感(gan)性(xing)耦(ou)合(he)而(er)成(cheng)為(wei)主(zhu)要(yao)的(de)幹(gan)擾(rao)因(yin)素(su)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)不(bu)但(dan)要(yao)處(chu)理(li)好(hao)遠(yuan)端(duan)串(chuan)擾(rao)

，而(er)且(qie)需(xu)要(yao)謹(jin)慎(shen)處(chu)理(li)經(jing)常(chang)容(rong)易(yi)被(bei)忽(hu)略(lve)的(de)近(jin)端(duan)串(chuan)擾(rao)。

lingwai，womenlaifenxilingyixiangduichuanraoyingxiangjidadeyinsu，tajiushixinhaodebianyuanfanzhuansulv，zaishuzidianluzhong

，chulexinhaopinlvduichuanraoyoujiaodayingxiangwai，xinhaodebianyuanfanzhuansulv(上升沿和下降沿)對dui串chuan擾rao的de影ying響xiang更geng大da
，邊bian沿yan變bian化hua越yue快kuai，串chuan擾rao越yue大da。由you於yu在zai現xian代dai高gao速su數shu字zi電dian路lu的de設she計ji中zhong，具ju有you較jiao大da的de邊bian緣yuan翻fan轉zhuan速su率lv的de器qi件jian的de應ying用yong越yue來lai越yue廣guang泛fan，因yin此ci對dui於yu這zhe類lei器qi件jian
，即ji使shi其qi信xin號hao頻pin率lv不bu高gao，在zai布bu線xian時shi也ye應ying認ren真zhen對dui待dai以yi防fang止zhi過guo大da的de串chuan擾rao產chan生sheng。

 
(a)被幹擾對象的還端串擾波形

 
(b)被幹擾對象的遠端串擾波形

圖5　信號頻率不同時的串擾波形

 
(a)被幹擾對象的近端串擾波形
 
(b)被幹擾對象的遠端串擾波形

圖6　為兩線間距P和平行長度L取不同值時串擾波形

c 線間距P與兩線平行長度L對串擾大小的影響
對於圖1所示的兩線係統
，我們進行了三種情況的仿真(線網AB上的信號頻率均為100MHz)仿真結果見表3
，及圖6.：第一種情況是在兩線間距和平行長度不變的條件下
，探測被幹擾對象的串擾(標記“1”)；第二種情況是在兩線平行長度不變的前提下

，將兩線間距增加到10mils，然後探測被幹擾對象的串擾標記“2”；第三種情況是在兩線間距不變的條件下，將兩線的平行長度增加到2.6inches標記“3”，然後探測被幹擾對象的串擾。由仿真結果可見，當兩線的間距拉大時(P由5mils變為10mils)，串擾明顯地減小了
，而當兩線的平行長度加長時(L由1.3inches變為2.6inches)

，串擾顯著增大了。
　　
youcikezhi，chuanraodianyadedaxiaoyuliangxiandejianjuchengfanbi，eryuliangxiandepingxingchangduchengzhengbi，danquebushiwanquandebeishuguanxi。dangbuxiankongjianjiaoxiaohuobuxianmidujiaodashi，zaishijigaosudianluzhongjinxingbuxianshi，weifangzhigaopinxinhaoxianduiyuqixianglindexinhaoxiandechuanraokenenghuidaozhimenjidewuchufa
，zaibuxianziyuanyunxudetiaojianxia
，yingjinkenengdilakaixianjianju(差分線除外)並減小兩根或多根信號線的平行長度，必要時可采用固定最大平行長度推擠的布線方式(也稱jog式走線)


，這樣既可以節省緊張的布線資源
，又可以有效地抑製串擾，走線示意圖如圖7所示。

 
圖7　jog式走線

表3　兩線間距P和平行長度L取不同值時的串擾峰值
 

d 地平麵對串擾的影響
多層PCB板ban一yi般ban都dou包bao括kuo若ruo幹gan個ge信xin號hao層ceng和he若ruo幹gan個ge電dian源yuan層ceng，多duo個ge信xin號hao層ceng和he電dian源yuan層ceng是shi通tong過guo疊die放fang順shun序xu來lai構gou成cheng標biao準zhun的de微wei帶dai傳chuan輸shu線xian和he帶dai狀zhuang傳chuan輸shu線xian。與yu微wei帶dai傳chuan輸shu線xian和he帶dai狀zhuang傳chuan輸shu線xian相xiang鄰lin的de一yi般ban都dou有you一yi個ge電dian源yuan平ping麵mian
，相xiang應ying信xin號hao層ceng與yu電dian源yuan層ceng之zhi間jian是shi用yong電dian介jie質zhi填tian充chong的de。這zhe個ge電dian介jie質zhi層ceng的de厚hou度du是shi影ying響xiang傳chuan輸shu線xian特te性xing阻zu抗kang的de重zhong要yao因yin素su

，當dang它ta變bian厚hou時shi
，傳chuan輸shu線xian特te性xing阻zu抗kang變bian大da
，當dang它ta變bian薄bo時shi

，傳chuan輸shu線xian特te性xing阻zu抗kang變bian小xiao。
　　
傳chuan輸shu線xian與yu地di平ping麵mian之zhi間jian的de電dian介jie質zhi層ceng的de厚hou度du對dui串chuan擾rao的de影ying響xiang很hen大da，對dui於yu同tong一yi布bu線xian結jie構gou
，當dang電dian介jie質zhi層ceng的de厚hou度du增zeng大da一yi倍bei時shi

，串chuan擾rao明ming顯xian加jia大da。同tong時shi，對dui於yu同tong樣yang的de電dian介jie質zhi層ceng厚hou度du
，帶dai狀zhuang傳chuan輸shu線xian的de串chuan擾rao要yao小xiao於yu微wei帶dai傳chuan輸shu線xian的de串chuan擾rao，由you此ci可ke知zhi
，地di平ping麵mian對dui不bu同tong結jie構gou的de傳chuan輸shu線xian的de影ying響xiang也ye是shi不bu同tong的de。因yin此ci在zai高gao速suPCB布線時，使用帶狀傳輸線比使用微帶傳獲得更好的串擾抑製效果。
　　
串擾的控製
要消除串擾是不可能的，我們隻能將串擾控製在可以容忍的範圍內。因此我們在進行PCB設計時可以采取下列辦法：

①如果布線空間允許的話
，增加線與線之間的間距；②計疊層時，在滿足阻抗要求的條件下，減少信號層與地層之間的高度
；③把關鍵的高速信號設計成差分線對，如高速係統時鍾；④如果兩個信號層是鄰近的，布線時按正交方向進行布線
，以減少層與層之間的耦合

；⑤將高速信號線設計成帶狀線或嵌入式微帶線
；⑥走線時，減少並行線長度，可以以jog方式布線；⑦在滿足係統設計要求的情況下，盡量使用低速器件。