微波技术简明教程 课件 第7章 现象-线间串扰

第七章现象——线间串扰微波技术本章主要回答的问题1.微带线的特征是什么？2.串扰是什么？3.影响微带线间串扰的主要因素有哪些？串扰是四类信号完整性问题之一，信号完整性是指信号在传输路径上的质量。在高速互连中，传输线间同时存在电场耦合和磁场耦合，在它们的共同作用下就会产生串扰。串扰会严重影响信号的传输质量，导致数据传输的丢失和传输错误。7.1微带线微带线是一种平面型结构，广泛应用于印刷电路板的制作。微带线是在介质基片上的一面制作导体，另一面制作接地金属板而构成。微带线的导体与接地金属板之间存在两种介质，导体上方为空气，下方为基片介质，存在着介质分界面，而不是一种介质，因此，微带线不可能传输TEM波，而是准TEM波。利用微带线有效相对介电常数可以得到微带线特性阻抗的近似计算公式。7.1微带线7.1微带线串扰是指有害信号从一个网络转移到相邻网络，它普遍存在于芯片，印刷电路板，互连件，以及其它非屏蔽的高速高密度电路中。有两种情况会发生串扰，一种是互连线为均匀传输线，电路板上的大多数传输线属于这种情况；另一种是互连线为非均匀传输线，如接插件和封装的场合。7.2串扰串扰是由传输线间电磁耦合形成的7.2.1耦合传输线方程第二章在双导线（一条为信号线，一条为返回路径）上推导了传输线方程，对于高速互连系统来说，需要考虑两条传输线或者多条传输线情况下的传输线方程，也就是耦合传输线方程。两条平行耦合均匀传输线两条平行耦合均匀传输线的电路模型7.2.1耦合传输线方程耦合传输线微分段dz的等效电路模型7.2.1耦合传输线方程7.2.1耦合传输线方程7.2.1耦合传输线方程耦合传输线方程说明了系统中每条传输线上的信号传输情形，这包括传输线的自身信号和其它传输线通过电磁场耦合而来的信号，其中，从其它传输线通过电磁耦合到当前传输线上的信号就是串扰。7.2.2串扰的定义根据耦合传输线方程，串扰是由电容耦合和电感耦合共同作用而形成的。耦合微带线是在同一介质基片上置有两条或多条平行导体并互相耦合的微带传输线，把相互耦合的两条传输线分别称为干扰线和受扰线，当信号经过干扰线时，在受扰线的两端就会产生串扰信号。近端串扰NEXT，NearEndCrosstalk远端串扰FEXT，FarEndCrosstalk7.2.2串扰的定义7.2.3串扰的时域表示远端串扰FEXT，FarEndCrosstalk7.3影响微带线间串扰的因素远端串扰主要与信号上升时间、耦合间距、耦合长度、介质厚度、介电常数等有关。1）远端串扰与干扰信号的上升时间有关，上升时间越短串扰越大。7.3影响微带线间串扰的因素远端串扰主要与信号上升时间、耦合间距、耦合长度、介质厚度、介电常数等有关。2）远端串扰与耦合距离有关，间距越小，串扰越大，反之成立。7.3影响微带线间串扰的因素远端串扰主要与信号上升时间、耦合间距、耦合长度、介质厚度、介电常数等有关。3）远端串扰与耦合长度成正比，耦合长度越大，串扰峰值越大。7.3影响微带线间串扰的因素多条传输线间的串扰：串扰具有叠加特性。(a)第一条传输线的输出端波形7.3影响微带线间串扰的因素(b)第二条传输线的输出端波形(c)第三条传输线的输出端波形7.3影响微带线间串扰的因素当串扰叠加在信号脉冲中间时，会导致信号幅度畸变，信号叠加了串扰噪声。但当串扰叠加在信号的边沿时，会引起信号边沿的畸变，进而导致信号抖动和时序变化。当干扰线信号与受害线信号同向跳变时，每条线都有相同的电位，空气中几乎没有电力线，电力线都在介质中，致使有效介电常数增大，受害线信号的速度降低，时延增加。当干扰线信号与受害线信号反向跳变时，干扰线与受害线之间有很强的场，许多电力线在空气中，致使有效介电常数减小，导致受害线信号的速度更快，时延减小。7.3影响微带线间串扰的因素三种情况下串扰引起时序变化的仿真结果，分别为：①一条线为信号线，一条线为静态线②两条线上信号同步同向跳变③两条线上信号同步反向跳变从图中可以看出，信号同步反向跳变时，时延减小；信号同步同向跳变时，时延增大。7.3影响微带线间串扰的因素标准端口命名规则下的两条耦合微带线两条耦合微带线对应网络的S参量7.4一般减小串扰方法（1）增大传输线间的距离或者进行防护布线增加传输线间的距离或者防护布线，可使串扰减小，但电路板的费用将增加，也使系统的体积增加。（2）减小耦合长度控制耦合长度可以把远端串扰的幅度控制得很小，但对于限定布局的器件之间耦合长度很难进一步减小，且限制布线效率。（3）减小信号的上升时间这样会限制系统的性能，在系统性能一定情况下此方法不可取。7.4一般减小串扰方法（4）使用差分信号在布线上会需要更多的线，增加成本和复杂度。（5）减小信号线层与地线层之间的距