差分串擾和差分對之間的間距

2021-06-18

差分串擾和差分對之間的間距

串擾是單端和差分走線(xiàn)中信號完整性的一個(gè)基本方面。每個(gè)布線(xiàn)配置的信號線(xiàn)之間的間距是使用典型的經(jīng)驗法則定義的，可以很容易地在您的 PCB 設計軟件中定義為設計規則。定義差分對中每條跡線(xiàn)之間間距的一個(gè)經(jīng)驗法則是“5S”規則，有時(shí)在應用筆記和其他 PCB 設計指南中稱(chēng)為“5W”規則。

5S 規則規定，差分對中兩條線(xiàn)之間的間距應比差分對中每條走線(xiàn)的寬度大 5 倍。當多個(gè)差分對需要密集布線(xiàn)時(shí)，差分對之間的串擾就成為一個(gè)重要的考慮因素，我們需要一種方法來(lái)分析多個(gè)差分對之間的間距。事實(shí)證明，這是線(xiàn)對到最近地平面的高度的函數。讓我們更深入地研究一下，看看我們如何確定差分對之間的正確間距以防止差分串擾。
什么是差分串擾？
顧名思義，差分串擾是單端串擾的差模模擬，指的是差分對之間的串擾形式，或差分對在單端走線(xiàn)上產(chǎn)生的串擾。在單端對之間發(fā)現的兩種串擾（NEXT 和 FEXT）也發(fā)生在差分對之間。強差分串擾可以通過(guò)電容和電感感應，具體取決于結構的頻率和幾何形狀。

在遠離該對的某個(gè)橫向距離處看到的總場(chǎng)是來(lái)自?xún)蓪Φ膱?chǎng)的總和。因為一對的兩端之間有一些間距，所以在遠離差分對的某個(gè)橫向距離處看到的總場(chǎng)不等于零。此外，當兩對具有較大的間距時(shí)，遠離兩條跡線(xiàn)的電磁場(chǎng)強度較大。

這促使制定一些用于定義兩個(gè)差分對之間間距的規則。從上面的討論中，僅僅知道場(chǎng)強隨著(zhù)遠離線(xiàn)對而降低，人們自然會(huì )為差分對制定以下布局要求：

兩個(gè)差分對之間的間距應與差分對中每個(gè)走線(xiàn)之間的間距成正比。

兩個(gè)差分對之間的間距應以某種方式與每對與其參考平面（如果存在）之間的距離成正比。

讓我們看看以下兩個(gè)差分對的幾何結構，并確定它們之間的差模串擾。您可能認為差分對的全部意義在于噪聲抑制；雖然這對于共模噪聲是正確的，但受害對中兩條跡線(xiàn)之間的場(chǎng)強差異將在每對中產(chǎn)生不同級別的噪聲，在接收器中表現為差模噪聲。

用于檢查兩個(gè)微帶差分對之間的差分串擾的模型。

計算一階模型中的差分串擾強度

在上面的討論中，還有一個(gè)方面沒(méi)有考慮：走線(xiàn)在其參考平面上方的高度以及成對走線(xiàn)的精確排列?？梢詫罹€(xiàn)差分對進(jìn)行類(lèi)似的考慮。在這里，我們想量化作為幾何函數的差分串擾的強度。此處顯示的方法與 Douglas Brooks 顯示的方法非常相似。這通常通過(guò)從電路模型定義串擾系數來(lái)完成。這些模型的問(wèn)題在于，它們無(wú)法將受害者跡線(xiàn)處的場(chǎng)強作為攻擊者和受害者之間的距離的函數來(lái)考慮。

在上述模型中，我們可以將串擾系數C定義為走線(xiàn)間距S和參考平面H上方高度的函數。將串擾系數定義為比率 ( S/H )的函數是很方便的。在這種情況下，相隔距離 S 的兩條相反極性的走線(xiàn)之間的單端串擾系數為：

單端串擾系數

這里，k是一個(gè)比例常數，它與入侵線(xiàn)路上的信號上升時(shí)間、犧牲線(xiàn)路的傳遞函數和基板的介電常數有關(guān)。在足夠高的頻率和接近電阻性負載的情況下，k將是一個(gè)與信號上升時(shí)間成正比的常數。正如我們很快將看到的，C的值可用于定義在給定比率 ( S/H ) 下受害跡線(xiàn)上產(chǎn)生的共模與差分串擾噪聲的比率。差分接收器會(huì )消除共模噪聲，因此我們希望將差模噪聲降至最低。

差分串擾是通過(guò)計算串擾系數的和和差來(lái)定義的。對于上面顯示的布置，一對差分對和受害對中的一條跡線(xiàn)之間的串擾只是它們系數的總和。請注意，對于任何間距值，只需進(jìn)行比例變換S → S (1+ x )。差分串擾只是受害跡線(xiàn)的串擾系數差異：

差分串擾系數

如果我們將其繪制為( S/H ) 的各種值的x函數，我們會(huì )發(fā)現當走線(xiàn)更靠近接地平面時(shí)，可以減小兩對之間的間距。下圖顯示了k = 1 的情況；增加 k 只會(huì )將這些曲線(xiàn)向上移動(dòng) y 軸。這樣做是為了滿(mǎn)足對差分串擾的給定要求。例如，假設您需要 0.002 的差分串擾系數；如果走線(xiàn)距離最近的地平面較遠，則需要更大的間距以確保滿(mǎn)足此設計目標。

作為線(xiàn)對間距函數的差分串擾系數。

另外，看看當 ( S/H ) = 0.5時(shí)會(huì )發(fā)生什么；最大串擾系數并不總是在x = 0時(shí)出現。根據您的設計目標，您可以將走線(xiàn)靠得更近，并看到與走線(xiàn)相距較遠時(shí)相同水平的差分串擾。

您可能想知道：走線(xiàn)寬度怎么樣？走線(xiàn)寬度很重要，因為它決定了單端和差分阻抗、電容和電感。