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信號完整性基礎-串擾

電磁兼容EMC ? 來源:工程師說硬件 ? 2023-07-06 09:15 ? 次閱讀

01

**概述**

串擾:即兩條信號線之間的耦合引起的線上噪聲干擾。之前的文章咱們說過,傳輸線可以等效為一段段RLC模型。走線上存在電感,當走線上流過電流,就會產生磁場,磁場在臨近導體耦合,又會產生感應電動勢,從而產生感應電流。另外,兩導體間還會形成等效電容,當電壓變化時就會有電流耦合到臨近導體。

為了降低串擾帶來的影響,走線上通常要滿足3W原則,即兩根平行走線中心間距保持3倍線寬(一般要求串擾值在信號的5%以內)。

首先通過如下這個實驗,帶大家直觀地認識串擾:

wKgaomSmFdeAcD9CAAJ_InvPszA686.jpg

wKgaomSmFdeAci9ZAAF1ycbIZb0646.jpg

圖1、2 ADS仿真:串擾--3W線距驗證

02

**串擾影響因素**

影響串擾的因素有平行走線長度邊沿時間、介質、線間距阻抗反射等,下面將通過一列仿真實驗直觀地介紹其影響。

(1)對于有較長平行走線的區域,如果反射與串擾不能兼顧時,優先考慮串擾的影響。相同走線長度下,串擾帶來的插損影響要比阻抗不匹配大的多。

wKgZomSmFdeANKViAAKc01wLF10014.jpg

wKgaomSmFdeAabfOAAGjdJ10v9s088.jpg

圖3、4 ADS仿真:串擾和反射的影響對比

(2)在串擾到達飽和之前,增加平行走線長度會導致遠端串擾幅度增加。

wKgZomSmFdeAHKWGAAJxv-kaVVg155.jpg

wKgZomSmFdeAcFYUAADVSuxl5nE272.jpg
圖5、6 ADS仿真:不同長度平行走線下的串擾幅度對比(2W線寬)

(3)邊沿越陡,串擾幅度越大。

wKgaomSmFdeAcQrmAAIdugwO26M804.jpg

wKgZomSmFdeAU_ZmAAFM60qvwr0242.jpg

圖7、8 ADS仿真:信號邊沿對串擾幅度的影響

(4)信號層距離參考層越近,傳輸線和參考層耦合越緊密,臨近線串擾越小。

wKgZomSmFdeAKcPRAAGHdOWZ-f4167.jpg

wKgaomSmFdiAYxTqAADwEJZJkS0175.jpg

圖9、10 ADS仿真:到參考層的距離不同對串擾的影響

(5)如果線路中存在反射,反射的信號也會引起串擾。因此我們需要保證信號線阻抗的連續性,避免多次反射造成串擾的疊加。

wKgZomSmFdiAFsK4AAEbHQPF9pM283.jpg

wKgaomSmFdeAJfC8AADtBUYWzg0571.jpg

圖11、12 ADS仿真:阻抗不匹配增加串擾的影響

(6)兩根平行走線阻抗越小,串擾也越小。

wKgaomSmFdiAcxc6AAIE-yVmi9s178.jpg

wKgZomSmFdeAVa4AAAD2IDLAtMg519.jpg

圖13、14 ADS仿真:走線阻抗對串擾的影響

(8)信號線間距越大,串擾越小。概述中已演示案例,此處不在贅述仿真實驗了。

03

**近端串擾和遠端串擾**

串擾值測量通常在受害線的兩端,靠近源端的為近端(后向串擾),反之為遠端(前向串擾)。

容性耦合的能量會向遠端與近端傳輸,感性耦合則只朝著信號相反方向流動。因此,近端串擾的能量為容性與感性耦合之和(Ic+IL),而遠端串擾則為容性與感性耦合之差(Ic-IL)。如下為近端和遠端串擾的示意圖。

wKgZomSmFdiARzrtAAA4hoWLm4I746.jpg

wKgaomSmFdeAdH3FAAArwOpTrm4396.jpg

圖15、16 近端和遠端串擾示意圖

(1)信號在向前傳播的時候,近端串擾持續產生,方向跳變沿相同,幅度穩定后不變,波形寬度逐漸增加。

wKgZomSmFdiACoYjAAKhbPRLGow699.jpg

wKgaomSmFdiAY29PAADvpbdUOt8157.jpg

圖17、18 ADS仿真:不同走線長度的近端串擾

(2)遠端串擾隨著信號向前傳播,不斷疊加,幅度逐漸增強(不會無限制增加,有飽和點)。遠端串擾的波形寬度等于信號邊沿時間。

wKgZomSmFdiASaW9AAKuB6UONO8541.jpg

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圖19、20 ADS仿真:不同走線長度的遠端串擾





審核編輯:劉清

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原文標題:信號完整性基礎--串擾(一)[20230706]

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