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串?dāng)_是什么?如何去減小串?dāng)_

冬至配餃子 ? 來源:信號(hào)完整性學(xué)習(xí)之路 ? 作者:廣元兄 ? 2022-08-16 09:23 ? 次閱讀

前面講過反射,講過損耗。接下來講串?dāng)_(Crosstalk)。

話不多說,直接上圖,串?dāng)_的分類:

poYBAGL68F6AZCkqAABenAe4X94145.png

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳遞信號(hào),有些電壓和電流通過網(wǎng)絡(luò)之間的耦合(容性耦合和感性耦合),傳遞到相鄰網(wǎng)絡(luò),這就是串?dāng)_。

對于相鄰網(wǎng)絡(luò)而言,不管給什么,不是想要的,都會(huì)以噪聲的形式耦合過來。

串?dāng)_與網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)路徑及返回路徑與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)路徑及返回路徑都有關(guān)系。

這里面有概念的東西:動(dòng)態(tài)線網(wǎng)&靜態(tài)線網(wǎng);攻擊線網(wǎng)&受害網(wǎng)絡(luò)。

pYYBAGL68G2AAuFXAADVqgsI79E766.png

既然說是網(wǎng)絡(luò)之間的耦合(Coupling),那什么是耦合?

耦合簡單來說就是能量從一個(gè)介質(zhì)(PCB板,金屬導(dǎo)線等)傳播到另一種介質(zhì)。

耦合分為容性耦合和感性耦合。

pYYBAGL68H6AP9EUAACLjrstYOE740.png

實(shí)際的工作中,該怎么考慮?或者說哪一種耦合更要注意,也分兩種情況:

均勻傳輸線且有均勻很寬的返回路徑,容性耦合和感性耦合相當(dāng);

非均勻傳輸線,比如接插件或封裝的場合,感性耦合占主導(dǎo)地位。這里面要注意開關(guān)噪聲(SSN):開關(guān)噪聲大多發(fā)生在插件、封裝和過孔處,耦合電感很大。

地彈就是返回電流重疊出現(xiàn)的一種特殊情況。

導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生,就會(huì)有圍繞在信號(hào)路徑和返回路徑導(dǎo)體周圍的磁力線圈。由于信號(hào)路徑和返回路徑之間的空間是不封閉的,所以會(huì)延伸到周圍的空間,這個(gè)延伸出去的空間稱之為邊緣場。

既然是所謂的邊緣場引起的串?dāng)_,那么越遠(yuǎn),受的影響就越小。惹不起還躲不起嘛,離它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)的,簡單粗暴。話是這樣說,實(shí)際工作中,PCB板走線的密度限制,不可能給你想要的空間。怎么辦?

Intel的規(guī)范給出了一個(gè)HSD組內(nèi)的間距還有普通線之間的間距,都是3H。

poYBAGL68JiAe1vsAAD4cfdRGe4685.png

講到傳輸線串?dāng)_,下圖是一張必須知道的圖:

pYYBAGL68J6ATNHxAACwty8OpTg978.png

NEXT:近端串?dāng)_ FEXT:遠(yuǎn)端串?dāng)_

兩根傳輸線,信號(hào)從其中一根傳輸線的一端輸入,遠(yuǎn)端放端接消除末端反射。如果不放端接,那就會(huì)有反射,至于反射的能量消耗,前文有講過。

噪聲電壓在靜態(tài)線的兩端進(jìn)行測量。為了區(qū)分兩個(gè)末端,把距離源端最近的一端稱為“近端”,也成為信號(hào)傳輸方向的“后方”,而把距離源端最遠(yuǎn)的一端稱為“遠(yuǎn)端”,遠(yuǎn)端信號(hào)傳輸方向的“前方”。

一對傳輸線,耦合區(qū)域的總時(shí)長為TD,當(dāng)信號(hào)的上升邊RT 是2xTD時(shí),或者說耦合長度是上升邊空間延伸的一半,那這個(gè)長度為飽和長度。

poYBAGL68QCAELRnAAAe0d63VCc783.png

Lensat 表示近端串?dāng)_的飽和長度(單位為in),RT表示信號(hào)上升邊(單位為ns),V表示信號(hào)在動(dòng)態(tài)線上的傳播速度(單位為in/ns)。

噪聲電壓即近端串?dāng)_幅值(NEXT)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,當(dāng)耦合長度大于飽和長度。

poYBAGL68OiAEca0AABSnB16I3Y718.png

當(dāng)耦合長度小于飽和長度,則電壓峰值將小于NEXT。

遠(yuǎn)端噪聲以脈沖形式出現(xiàn),信號(hào)進(jìn)入算起,一直要經(jīng)過TD 時(shí)延之后才會(huì)出現(xiàn)噪聲。噪聲在靜態(tài)線上的傳播速度與信號(hào)的速度相等。

FEXT遠(yuǎn)端噪聲幅值除了跟遠(yuǎn)端噪聲峰值電壓與信號(hào)電壓比值有關(guān),還與另兩個(gè)外在參數(shù)(耦合長度和上升邊)呈比例變化。

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這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):

因?yàn)楦行择詈想娏鞯姆较蚴菑姆祷芈窂降叫盘?hào)路徑,呈逆時(shí)針方向,這與容性耦合電流的方向相反。所以,在遠(yuǎn)端的凈噪聲是容性耦合噪聲與感性耦合噪聲之差。

產(chǎn)品的更新?lián)Q代,版圖的密集性以及速率的提升,通過調(diào)整耦合長度和上升時(shí)間(RT)來管控的情況已經(jīng)很少了,所以我們能做的大多數(shù)就是調(diào)整線距來控制串?dāng)_,而調(diào)整線距確實(shí)可以減小串?dāng)_。

下圖為調(diào)整Spa的鏈路以及仿真結(jié)果:

pYYBAGL68RKAYAVjAAEpMXeOQTk392.png

Spa=4 mil,噪聲的幅值最大。

pYYBAGL68SOAASU7AAB1Kpdkclc896.png

需要說明的是,想用的是3H原則,只不過很不巧,竟然也是3W原則。

實(shí)際工作中,串?dāng)_的管控除了重點(diǎn)關(guān)注線間距,返回路徑也需要注意。至于帶狀線層布線,使用介電常數(shù)較低的材料等,這些深入且細(xì)節(jié)的知識(shí),后面有機(jī)會(huì)再講。



審核編輯:劉清

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