串?dāng)_(Crosstalk)
串?dāng)_是信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),由于電磁耦合而在相鄰的傳輸線上產(chǎn)生不期望的電壓和電流噪聲,信號(hào)線的邊緣場(chǎng)效應(yīng)是導(dǎo)致串?dāng)_產(chǎn)生的根本原因。
信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí),在信號(hào)路徑與返回路徑將產(chǎn)生電力線與磁力線匝,電磁場(chǎng)會(huì)延伸到周圍的空間,這些延伸出去的場(chǎng)稱為邊緣場(chǎng)。
靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)靠近干擾源一端的串?dāng)_稱為近端串?dāng)_(后向串?dāng)_),遠(yuǎn)離干擾源一端的串?dāng)_稱為遠(yuǎn)端串?dāng)_(前向串?dāng)_)。根據(jù)串?dāng)_產(chǎn)生的原因不同將串?dāng)_分為:容性耦合串?dāng)_與感性耦合串?dāng)_。
一、容性耦合串?dāng)_:
〝容性耦合〞是當(dāng)干擾線上有信號(hào)傳輸時(shí),由于信號(hào)邊沿電壓的變化,在信號(hào)邊沿附近的區(qū)域,干擾線上的分布電容會(huì)感應(yīng)出時(shí)變的電場(chǎng),而受害線處于這個(gè)電場(chǎng)里面,所以變化的電場(chǎng)會(huì)在受害線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。
二、感性耦合串?dāng)_:
〝感性耦合〞當(dāng)信號(hào)在干擾線上傳播時(shí),由于信號(hào)電流的變化,在信號(hào)躍變的附近區(qū)域,通過分布電感的作用將產(chǎn)生時(shí)變的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)在受害線上將感應(yīng)出噪聲電壓,進(jìn)而形成感性耦合電流,并分別向近端和遠(yuǎn)端傳播。
三、容性耦合與感性耦合的混合效應(yīng):
由于電流流向與遠(yuǎn)端容性耦合的電流方向是反向的,所以到達(dá)受害線遠(yuǎn)端的耦合電流是兩者之差。一般在完整的參考地平面上,容性耦合與感性耦合產(chǎn)生的串?dāng)_電壓大小相等,因此遠(yuǎn)端串?dāng)_的總噪聲因?yàn)槿菪择詈吓c感性耦合產(chǎn)生電流極性相反,而磁場(chǎng)互相抵消。
對(duì)于帶狀線更能夠顯示兩者之間很好的平衡,其遠(yuǎn)端耦合系數(shù)極小,而對(duì)于微帶線,由于與串?dāng)_相關(guān)的電場(chǎng)大部分是穿過空氣,而不是其它的絕緣材料,因此容性耦合比感性耦合小,導(dǎo)致其遠(yuǎn)端串?dāng)_是個(gè)負(fù)數(shù)。
四、影響串?dāng)_大小的因素:
4.1、耦合長度對(duì)串?dāng)_的影響:
對(duì)于遠(yuǎn)端串?dāng)_峰值與耦合長度成正比,耦合長度越長,串?dāng)_越大;而對(duì)于近端串?dāng)_,當(dāng)耦合長度小于飽和長度時(shí),串?dāng)_將隨耦合長度增加而增加,但是當(dāng)耦合長度大于飽和長度時(shí),近端串?dāng)_為一個(gè)穩(wěn)定值。
4.2、線間距對(duì)串?dāng)_的影響:
串?dāng)_的大小與線間距成反比,隨著線間距的增大,無論是近端串?dāng)_還是遠(yuǎn)端串?dāng)_都將減小,當(dāng)線間距≧3倍線寬時(shí),串?dāng)_已經(jīng)很小了。
4.3、信號(hào)的邊沿翻轉(zhuǎn)速度對(duì)串?dāng)_的影響:
串?dāng)_的大小與信號(hào)的邊沿翻轉(zhuǎn)速度成正比,即信號(hào)的上升沿/下降沿越快(越陡峭),則串?dāng)_越大。信號(hào)的頻率高并意味著上升沿/下降沿越快,同理信號(hào)頻率低也不意味著上升沿/下降沿越慢。
4.4、其它影響串?dāng)_的因素:
串?dāng)_的大小還受介質(zhì)厚度、電流方向、負(fù)載大小等因素影響。
4.5、如何抑制串?dāng)_:
ü加大PCB布線間距。
ü減小PCB布線平行長度,或者采用垂直交叉布線的方式。
ü減緩信號(hào)上升沿與下降沿。
üPCB布線緊鄰參考地平面或者電源層。
üPCB布線之間增加地線屏蔽,減小串?dāng)_。
ü通過端接,抑制信號(hào)反射,減小串?dāng)_。
ü降低信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流和工作電壓。
ü采用帶狀線抑制串?dāng)_。
ü采用3W PCB布線原則。
ü使用介電常數(shù)較低的疊層。
ü在封裝和接插件中不要共用返回引腳。
ü改變負(fù)載大小。
ü采用差分信號(hào)的布線方式。