【導讀】隨著技術的飛速發展，電子產品的而尺寸越來越小，數據的傳輸速度卻越來越高。普通消費類電子產品的PCB電路板很多至少是四層、六(liu)層(ceng)甚(shen)至(zhi)更(geng)多(duo)層(ceng)。當(dang)信(xin)號(hao)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)傳(chuan)播(bo)時(shi)，信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)和(he)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)將(jiang)產(chan)生(sheng)電(dian)力(li)線(xian)，圍(wei)繞(rao)在(zai)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)周(zhou)圍(wei)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)非(fei)常(chang)豐(feng)富(fu)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)。這(zhe)些(xie)延(yan)伸(shen)出(chu)去(qu)的(de)場(chang)也(ye)稱(cheng)為(wei)邊(bian)緣(yuan)場(chang)，邊(bian)緣(yuan)場(chang)將(jiang)會(hui)通(tong)過(guo)互(hu)容(rong)與(yu)互(hu)感(gan)轉(zhuan)化(hua)為(wei)另(ling)一(yi)條(tiao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)的(de)能(neng)量(liang)。而(er)串(chuan)擾(rao)的(de)本(ben)質(zhi)，其(qi)實(shi)就(jiu)是(shi)傳(chuan)輸(shu)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)容(rong)與(yu)互(hu)感(gan)。

串擾是怎麼產生的

隨著技術的飛速發展
，電子產品的而尺寸越來越小，數據的傳輸速度卻越來越高。普通消費類電子產品的PCB電路板很多至少是四層、六(liu)層(ceng)甚(shen)至(zhi)更(geng)多(duo)層(ceng)。當(dang)信(xin)號(hao)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)傳(chuan)播(bo)時(shi)，信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)和(he)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)將(jiang)產(chan)生(sheng)電(dian)力(li)線(xian)

，圍(wei)繞(rao)在(zai)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)周(zhou)圍(wei)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)非(fei)常(chang)豐(feng)富(fu)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)。這(zhe)些(xie)延(yan)伸(shen)出(chu)去(qu)的(de)場(chang)也(ye)稱(cheng)為(wei)邊(bian)緣(yuan)場(chang)，邊(bian)緣(yuan)場(chang)將(jiang)會(hui)通(tong)過(guo)互(hu)容(rong)與(yu)互(hu)感(gan)轉(zhuan)化(hua)為(wei)另(ling)一(yi)條(tiao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)的(de)能(neng)量(liang)。而(er)串(chuan)擾(rao)的(de)本(ben)質(zhi)
，其(qi)實(shi)就(jiu)是(shi)傳(chuan)輸(shu)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)容(rong)與(yu)互(hu)感(gan)。

串chuan擾rao可ke以yi分fen成cheng兩liang部bu分fen，一yi部bu分fen與yu信xin號hao傳chuan輸shu方fang向xiang相xiang同tong，傳chuan至zhi接jie收shou端duan方fang向xiang
，我wo們men把ba它ta叫jiao做zuo遠yuan端duan串chuan擾rao或huo者zhe前qian向xiang串chuan擾rao。另ling一yi部bu分fen與yu信xin號hao傳chuan輸shu方fang向xiang相xiang反fan
，傳chuan至zhi發fa送song端duan方fang向xiang，我wo們men把ba它ta叫jiao做zuo近jin端duan串chuan擾rao或huo者zhe後hou向xiang串chuan擾rao。

近(jin)端(duan)串(chuan)擾(rao)和(he)遠(yuan)端(duan)串(chuan)擾(rao)是(shi)由(you)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)而(er)決(jue)定(ding)的(de)，顯(xian)然(ran)在(zai)信(xin)號(hao)的(de)傳(chuan)遞(di)過(guo)程(cheng)中(zhong)近(jin)端(duan)會(hui)首(shou)先(xian)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)，並(bing)且(qie)持(chi)續(xu)的(de)時(shi)間(jian)比(bi)較(jiao)長(chang)

，達(da)到(dao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)2倍；遠端串擾需要經過一段傳輸線的延時之後才會受到幹擾。下圖是我們通過仿真獲得的近端串擾和遠端串擾的波形圖。

近端串擾和遠端串擾波形

串擾與哪些因素有關

？

知道了串擾是怎麼產生的
，我們就可以明白哪些設計會影響串擾。影響串擾的設計因素主要有以下幾個方麵：

1. 線間距：信號路徑之間的距離越近，串擾越明顯，隨著線間距的增大，無論是近端還是遠端串擾都將減小

，當線間距大於等於線寬的3倍時串擾已經很小。三倍線寬是工程師們信心的來源

，在三倍線寬條件下，串擾基本可以忽略。

2. 信號變化程度：信號瞬間變化會帶來明顯磁場效應。信號的上升沿/下降沿越陡峭，串擾越明顯。

3. 介質層厚度：這裏的介質厚度是指信號到參考層距離。介質層厚度的變化會導致串擾的變化。一般情況下
，介質層厚度越小，串擾越小。

串擾的指標

傳統電子產品設計中，很少對串擾有明確的要求，一般隻是籠統的對噪聲有一個要求，比如噪聲不要超過信號幅度的3%、5%、10%等(deng)等(deng)。這(zhe)是(shi)最(zui)直(zhi)接(jie)的(de)，但(dan)是(shi)很(hen)多(duo)時(shi)候(hou)，直(zhi)接(jie)分(fen)析(xi)噪(zao)聲(sheng)幅(fu)度(du)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)無(wu)法(fa)分(fen)析(xi)這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)來(lai)自(zi)於(yu)哪(na)裏(li)。隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，各(ge)類(lei)接(jie)口(kou)總(zong)線(xian)的(de)速(su)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)
，同(tong)時(shi)，設(she)計(ji)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，比(bi)如(ru)很(hen)多(duo)總(zong)線(xian)中(zhong)對(dui)串(chuan)擾(rao)就(jiu)有(you)明(ming)確(que)的(de)要(yao)求(qiu)，不(bu)僅(jin)僅(jin)有(you)頻(pin)域(yu)的(de)噪(zao)聲(sheng)要(yao)求(qiu)
，還(hai)會(hui)有(you)時(shi)域(yu)的(de)要(yao)求(qiu)。下(xia)圖(tu)是(shi)PCIe5.0規範對近端串擾和遠端串擾的定義：

PCIe5.0近端串擾和遠端串擾定義

下圖是PCIe5.0規範對近端串擾和遠端串擾集成串擾噪聲的計算公式：

PCIe5.0 ICN計算公式

下圖是PCIe5.0規範對近端串擾和遠端串擾的要求：

PCIe5.0 近端串擾和遠端串擾的要求

既(ji)然(ran)串(chuan)擾(rao)總(zong)線(xian)中(zhong)對(dui)串(chuan)擾(rao)有(you)明(ming)確(que)的(de)要(yao)求(qiu)，那(na)麼(me)就(jiu)需(xu)要(yao)在(zai)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)中(zhong)特(te)意(yi)的(de)去(qu)優(you)化(hua)設(she)計(ji)並(bing)減(jian)小(xiao)串(chuan)擾(rao)。如(ru)何(he)減(jian)小(xiao)串(chuan)擾(rao)有(you)很(hen)多(duo)現(xian)成(cheng)的(de)經(jing)驗(yan)法(fa)則(ze)，但(dan)是(shi)每(mei)一(yi)條(tiao)經(jing)驗(yan)法(fa)則(ze)都(dou)有(you)其(qi)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)，比(bi)如(ru)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)，布(bu)線(xian)設(she)計(ji)原(yuan)本(ben)就(jiu)很(hen)擁(yong)擠(ji)，這(zhe)個(ge)時(shi)候(hou)就(jiu)不(bu)能(neng)再(zai)要(yao)求(qiu)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)時(shi)滿(man)足(zu)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)距(ju)離(li)其(qi)它(ta)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)達(da)到(dao)3H原則（H是指傳輸線到參考層的距離）。一般建議工程師針對當前狀況，結合規範和係統的要求對設計進行仿真。

如何仿真串擾
？

在(zai)分(fen)析(xi)串(chuan)擾(rao)時(shi)
，仿(fang)真(zhen)是(shi)一(yi)種(zhong)常(chang)用(yong)的(de)手(shou)段(duan)。串(chuan)擾(rao)的(de)仿(fang)真(zhen)又(you)分(fen)為(wei)定(ding)性(xing)的(de)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)和(he)定(ding)量(liang)的(de)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)。定(ding)性(xing)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)某(mou)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，分(fen)析(xi)某(mou)一(yi)因(yin)素(su)或(huo)者(zhe)某(mou)幾(ji)個(ge)因(yin)素(su)對(dui)串(chuan)擾(rao)大(da)小(xiao)的(de)影(ying)響(xiang)，分(fen)析(xi)的(de)是(shi)變(bian)化(hua)的(de)趨(qu)勢(shi)。定(ding)量(liang)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)
，就(jiu)是(shi)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)的(de)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)
、模型以及激勵源等分析串擾的大小以及對受害端的影響。

串擾仿真簡化的拓撲結構如下圖所示：

串擾仿真拓撲結構

前麵介紹了串擾與傳輸線耦合間距、激勵源的上升時間、信號到參考層的距離有關係。下麵以串擾與傳輸線的耦合間距的關係為例進行仿真，搭建仿真拓撲結構如下圖所示：

串擾批量仿真拓撲結構

運行仿真後獲得遠端串擾和近端串擾的波形曲線，如下圖所示：

左圖為近端串擾，右圖為遠端串擾。

左圖為近端串擾，右圖為遠端串擾。使用微帶線時

，隨著傳輸線的耦合間距增加，不管是近端串擾還是遠端串擾，幅值都在變小。

針對其它影響的因素
，大家可以按照此方式進行仿真對比。

這zhe是shi原yuan理li圖tu的de串chuan擾rao仿fang真zhen
，原yuan理li圖tu的de仿fang真zhen有you利li於yu研yan究jiu某mou些xie特te定ding的de現xian象xiang
，通tong過guo原yuan理li圖tu的de仿fang真zhen也ye可ke以yi給gei設she計ji工gong程cheng師shi提ti供gong設she計ji的de規gui則ze，避bi免mian一yi些xie設she計ji錯cuo誤wu。原yuan理li圖tu仿fang真zhen並bing不bu能neng完wan全quan解jie決juePCB設(she)計(ji)中(zhong)可(ke)能(neng)遇(yu)到(dao)的(de)問(wen)題(ti)
，因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)的(de)幹(gan)擾(rao)不(bu)僅(jin)僅(jin)來(lai)自(zi)於(yu)同(tong)一(yi)平(ping)麵(mian)，還(hai)來(lai)自(zi)與(yu)不(bu)同(tong)層(ceng)的(de)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)，特(te)別(bie)是(shi)當(dang)相(xiang)鄰(lin)層(ceng)都(dou)有(you)布(bu)線(xian)以(yi)及(ji)過(guo)孔(kong)密(mi)集(ji)區(qu)域(yu)，串(chuan)擾(rao)的(de)問(wen)題(ti)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)非(fei)常(chang)的(de)嚴(yan)重(zhong)。

分析PCB的串擾特性，可以使用電磁場分析軟件，比如SIPro、Momentum或者EMPro獲取S參數，因為S參數中包含了傳輸線每一個端口的串擾信息，通過S參數就可以分析到PCB的串擾大小。

以一對差分傳輸線為例，如下圖所示，顯然P1 P4為遠端串擾，P1 P3為近端串擾。

PCB傳輸線結構

這個PCB結構為帶狀線的，仿真後可以獲得一個4端口的S參數，串擾曲線如下圖所示：

串擾S參數曲線

從上圖可以看出，遠端串擾S(4,1)比較低，近端串擾S(3,1)稍(shao)微(wei)比(bi)較(jiao)高(gao)一(yi)些(xie)。這(zhe)些(xie)分(fen)析(xi)的(de)都(dou)是(shi)單(dan)一(yi)攻(gong)擊(ji)端(duan)對(dui)受(shou)害(hai)線(xian)的(de)影(ying)響(xiang)分(fen)析(xi)。如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)所(suo)有(you)相(xiang)關(guan)的(de)攻(gong)擊(ji)線(xian)對(dui)受(shou)害(hai)線(xian)的(de)影(ying)響(xiang)
，則(ze)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)規(gui)範(fan)的(de)要(yao)求(qiu)計(ji)算(suan)出(chu)總(zong)的(de)近(jin)端(duan)串(chuan)擾(rao)和(he)遠(yuan)端(duan)串(chuan)擾(rao)。如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)為(wei)近(jin)端(duan)串(chuan)擾(rao)總(zong)和(he)遠(yuan)端(duan)串(chuan)擾(rao)總(zong)和(he)曲(qu)線(xian)：

如果是仿真分析連接器或者線纜之類的產品
，則需要使用EMPro進行三維電磁場仿真出S參數，並分析串擾。

在ADS SIPro仿真中

，可以對所有分析的對象，一次性的顯示所有的近端串擾或者遠端串擾結果

，如下圖所示：

SIPro 仿真串擾的結果

上圖是仿真DDR4時顯示的一個數據網絡的近端串擾。也可以一次性得到所有網絡的近端串擾。

如果是測量獲得的S參數
，或者是供應商提供的S參數
，也可以直接在ADS中一次性查看所有的近端串擾和遠端串擾

，在ADS S-Parameter Toolkit中可以直接查看多端口S參數的串擾，如下圖所示：

在ADS S-Parameter Toolkit中查看多端口S參數的串擾

ICN的仿真

ICN的仿真是後期發展而來的一個指標參數，一般規範裏麵定義的都是頻域的指標，ICN就是一個時域的指標。計算ICN的時候需要使用到近端串擾和遠端串擾的S參數。仿真的原理圖如下圖所示：

ICN仿真拓撲結構

如下是ICN仿真計算的結果：

串擾的測量？

仿真隻是設計過程中減少串擾的一種手段，在係統產品設計過程中
，很少單純的對串擾進行測試
，但是對於器件
，比如PCB
、連接器、線纜等就需要測試串擾的大小。

串(chuan)擾(rao)測(ce)試(shi)與(yu)其(qi)它(ta)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)測(ce)試(shi)一(yi)樣(yang)


，測(ce)試(shi)分(fen)為(wei)有(you)源(yuan)測(ce)試(shi)和(he)無(wu)源(yuan)測(ce)試(shi)，一(yi)般(ban)有(you)源(yuan)測(ce)試(shi)時(shi)會(hui)受(shou)很(hen)多(duo)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)，很(hen)難(nan)分(fen)離(li)出(chu)單(dan)純(chun)的(de)串(chuan)擾(rao)結(jie)果(guo)，所(suo)以(yi)測(ce)試(shi)串(chuan)擾(rao)時(shi)一(yi)般(ban)使(shi)用(yong)4端口或者多端口的網絡分析儀（可以配置PLTS）測試獲得S參數，通過S參數分析串擾特性。如下圖所示：

串擾測試和測試結果

如何減小串擾

從(cong)串(chuan)擾(rao)的(de)概(gai)念(nian)就(jiu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，不(bu)管(guan)怎(zen)麼(me)樣(yang)，串(chuan)擾(rao)是(shi)無(wu)法(fa)消(xiao)除(chu)的(de)。綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)串(chuan)擾(rao)不(bu)僅(jin)會(hui)引(yin)入(ru)噪(zao)聲(sheng)，還(hai)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)信(xin)號(hao)時(shi)序(xu)。所(suo)以(yi)很(hen)多(duo)工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)進(jin)行(xing)高(gao)速(su)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)時(shi)
，都(dou)會(hui)非(fei)常(chang)重(zhong)視(shi)對(dui)串(chuan)擾(rao)問(wen)題(ti)的(de)處(chu)理(li)。當(dang)然(ran)，由(you)於(yu)篇(pian)幅(fu)有(you)限(xian)，本(ben)書(shu)也(ye)不(bu)能(neng)把(ba)所(suo)有(you)與(yu)串(chuan)擾(rao)有(you)關(guan)的(de)因(yin)素(su)都(dou)以(yi)案(an)例(li)呈(cheng)現(xian)給(gei)大(da)家(jia)
，結(jie)合(he)前(qian)麵(mian)做(zuo)的(de)一(yi)些(xie)案(an)例(li)對(dui)比(bi)以(yi)及(ji)一(yi)些(xie)工(gong)程(cheng)經(jing)驗(yan)，對(dui)於(yu)如(ru)何(he)減(jian)少(shao)串(chuan)擾(rao)可(ke)以(yi)給(gei)出(chu)一(yi)些(xie)基(ji)本(ben)結(jie)論(lun)：

●    盡量減短傳輸線之間的耦合長度
，盡量保證在耦合飽和長度之內。

●    盡量增加傳輸線之間的耦合距離，能保證3H（H表示傳輸線到參考層的距離）的規則更好。

●    在滿足信號完整性的前提下，盡量使信號的邊沿時間不要過於陡峭，減緩上升的速度。

●    在PCB設she計ji中zhong，對dui於yu耦ou合he長chang度du比bi較jiao長chang的de高gao速su傳chuan輸shu線xian，盡jin量liang布bu到dao內nei層ceng的de帶dai狀zhuang線xian層ceng
，可ke以yi大da大da地di減jian少shao遠yuan端duan串chuan擾rao。當dang耦ou合he距ju離li比bi較jiao短duan時shi，可ke以yi布bu線xian到dao微wei帶dai線xian層ceng

，這zhe樣yang可ke以yi減jian少shao過guo孔kong帶dai來lai的de影ying響xiang。

●    在滿足工藝要求的情況下，信號層盡量靠近參考層。

●    在PCB設計中，當相鄰層都是信號層時，布線盡量避免相鄰層平行布線。最好做到垂直布線，使串擾最小化。

●    盡量要滿足傳輸鏈路的阻抗匹配。

●    在空間足夠大的情況下

，可以考慮給高速信號線加屏蔽地，屏蔽地上要有適當的地孔。

●    高速傳輸線盡量不要布到PCB板的邊緣，最好保證達到信號到參考層的距離的20H以上。

總結

是德科技的PathWave ADS仿真軟件


，可以輕鬆仿真PCB串擾，結合是德科技的網絡分析儀和PLTS 軟件進行串擾的測試，可以完成從概念設計、仿真、原型機設計
、驗證到生產製造和部署的全流程管理，從而加速產品開發流程。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

MPS在交換機上的解決方案

驅動器源極引腳的效果：雙脈衝測試比較

電源管理的智能化之路

利用PMBus數字電源係統管理器進行電流檢測——第二部分

LPS音頻功放選型及其在IPC的應用