差分(fēn)串扰和差分(fēn)对之间的间距

2021-06-18

差分(fēn)串扰和差分(fēn)对之间的间距

串扰是单端和差分(fēn)走線(xiàn)中信号完整性的一个基本方面。每个布線(xiàn)配置的信号線(xiàn)之间的间距是使用(yòng)典型的经验法则定义的，可(kě)以很(hěn)容易地在您的 PCB 设计软件中定义為(wèi)设计规则。定义差分(fēn)对中每条迹線(xiàn)之间间距的一个经验法则是“5S”规则，有(yǒu)时在应用(yòng)筆(bǐ)记和其他(tā) PCB 设计指南中称為(wèi)“5W”规则。

5S 规则规定，差分(fēn)对中两条線(xiàn)之间的间距应比差分(fēn)对中每条走線(xiàn)的宽度大 5 倍。当多(duō)个差分(fēn)对需要密集布線(xiàn)时，差分(fēn)对之间的串扰就成為(wèi)一个重要的考虑因素，我们需要一种方法来分(fēn)析多(duō)个差分(fēn)对之间的间距。事实证明，这是線(xiàn)对到最近地平面的高度的函数。让我们更深入地研究一下，看看我们如何确定差分(fēn)对之间的正确间距以防止差分(fēn)串扰。
什么是差分(fēn)串扰？
顾名思义，差分(fēn)串扰是单端串扰的差模模拟，指的是差分(fēn)对之间的串扰形式，或差分(fēn)对在单端走線(xiàn)上产生的串扰。在单端对之间发现的两种串扰（NEXT 和 FEXT）也发生在差分(fēn)对之间。强差分(fēn)串扰可(kě)以通过電(diàn)容和電(diàn)感感应，具體(tǐ)取决于结构的频率和几何形状。

在遠(yuǎn)离该对的某个横向距离处看到的总场是来自两对的场的总和。因為(wèi)一对的两端之间有(yǒu)一些间距，所以在遠(yuǎn)离差分(fēn)对的某个横向距离处看到的总场不等于零。此外，当两对具有(yǒu)较大的间距时，遠(yuǎn)离两条迹線(xiàn)的電(diàn)磁场强度较大。

这促使制定一些用(yòng)于定义两个差分(fēn)对之间间距的规则。从上面的讨论中，仅仅知道场强随着遠(yuǎn)离線(xiàn)对而降低，人们自然会為(wèi)差分(fēn)对制定以下布局要求：

两个差分(fēn)对之间的间距应与差分(fēn)对中每个走線(xiàn)之间的间距成正比。

两个差分(fēn)对之间的间距应以某种方式与每对与其参考平面（如果存在）之间的距离成正比。

让我们看看以下两个差分(fēn)对的几何结构，并确定它们之间的差模串扰。您可(kě)能(néng)认為(wèi)差分(fēn)对的全部意义在于噪声抑制；虽然这对于共模噪声是正确的，但受害对中两条迹線(xiàn)之间的场强差异将在每对中产生不同级别的噪声，在接收器中表现為(wèi)差模噪声。

用(yòng)于检查两个微带差分(fēn)对之间的差分(fēn)串扰的模型。

计算一阶模型中的差分(fēn)串扰强度

在上面的讨论中，还有(yǒu)一个方面没有(yǒu)考虑：走線(xiàn)在其参考平面上方的高度以及成对走線(xiàn)的精确排列。可(kě)以对带状線(xiàn)差分(fēn)对进行类似的考虑。在这里，我们想量化作為(wèi)几何函数的差分(fēn)串扰的强度。此处显示的方法与 Douglas Brooks 显示的方法非常相似。这通常通过从電(diàn)路模型定义串扰系数来完成。这些模型的问题在于，它们无法将受害者迹線(xiàn)处的场强作為(wèi)攻击者和受害者之间的距离的函数来考虑。

在上述模型中，我们可(kě)以将串扰系数C定义為(wèi)走線(xiàn)间距S和参考平面H上方高度的函数。将串扰系数定义為(wèi)比率 ( S/H )的函数是很(hěn)方便的。在这种情况下，相隔距离 S 的两条相反极性的走線(xiàn)之间的单端串扰系数為(wèi)：

单端串扰系数

这里，k是一个比例常数，它与入侵線(xiàn)路上的信号上升时间、牺牲線(xiàn)路的传递函数和基板的介電(diàn)常数有(yǒu)关。在足够高的频率和接近電(diàn)阻性负载的情况下，k将是一个与信号上升时间成正比的常数。正如我们很(hěn)快将看到的，C的值可(kě)用(yòng)于定义在给定比率 ( S/H ) 下受害迹線(xiàn)上产生的共模与差分(fēn)串扰噪声的比率。差分(fēn)接收器会消除共模噪声，因此我们希望将差模噪声降至最低。

差分(fēn)串扰是通过计算串扰系数的和和差来定义的。对于上面显示的布置，一对差分(fēn)对和受害对中的一条迹線(xiàn)之间的串扰只是它们系数的总和。请注意，对于任何间距值，只需进行比例变换S → S (1+ x )。差分(fēn)串扰只是受害迹線(xiàn)的串扰系数差异：

差分(fēn)串扰系数

如果我们将其绘制為(wèi)( S/H ) 的各种值的x函数，我们会发现当走線(xiàn)更靠近接地平面时，可(kě)以减小(xiǎo)两对之间的间距。下图显示了k = 1 的情况；增加 k 只会将这些曲線(xiàn)向上移动 y 轴。这样做是為(wèi)了满足对差分(fēn)串扰的给定要求。例如，假设您需要 0.002 的差分(fēn)串扰系数；如果走線(xiàn)距离最近的地平面较遠(yuǎn)，则需要更大的间距以确保满足此设计目标。

作為(wèi)線(xiàn)对间距函数的差分(fēn)串扰系数。

另外，看看当 ( S/H ) = 0.5时会发生什么；最大串扰系数并不总是在x = 0时出现。根据您的设计目标，您可(kě)以将走線(xiàn)靠得更近，并看到与走線(xiàn)相距较遠(yuǎn)时相同水平的差分(fēn)串扰。

您可(kě)能(néng)想知道：走線(xiàn)宽度怎么样？走線(xiàn)宽度很(hěn)重要，因為(wèi)它决定了单端和差分(fēn)阻抗、電(diàn)容和電(diàn)感。