一 乖 靠 。 刍 。其 ｃＨ。ＮＡ ｓｃ。 Ｎｃ Ａ 。 ｃ 。ＧＹ。Ｎ 。 ＭＡＴ。Ｎ Ｍ甜． 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 高速ＰＣ Ｂ线路串扰初探 刘汉瑞广东工业大学实验教学部５１ ００９０ 瓶Ｉ｜ 耍 ｜ ｜§ ｌ § ： 罄 等，都使串扰越来越成为一个值得注 意的问题。 耦合引起的各点波形如图２…（ａ）所示， 图２中Ｔｐ为传输线的延迟时间，Ｔｒ为 驱动信号的上升时问。由图２（ａ）可知 高速ＰＣＢ线路串扰越来越受到关注。研究ＰＣＢ 线路串扰产生原理和特点，使用ＨｙｐｅｒＬｙｎｘ仿 真工具对串扰进行仿真，分析串扰相关特 点，并找出减小串扰的相关方法。 ２．串扰产生原理 高速ＰＣＢ线路之间的串扰既可以 是由互电感产生的磁场耦合引起的， 远端耦合产生一个负脉冲，其脉冲宽 度为Ｔｒ，近端耦合存２ＴＰ时间展开， 其幅度不变，但它们耦合串扰的总面 突髓 串扰；耦合 ｔ 积相等。串扰耦合总面积大小与Ｌ Ｍ （ｄＩｓ／ｄｔ）、耦合长度成正比。 客性耦合是由于干扰源上的电压变 也可以是由互电容产生的电场耦合引起 的。图ｌ是两种耦合传输线串扰的模 型，这里定义两个概念：近端串扰和 化在被干扰对象上引起感应电流从而导 致的干扰。由互容耦合引起的各点波 形如图２（ｂ）所示，与互感耦合不同的 地方是远端耦合为正脉冲。其耦合串 １．引言 串扰可以定义为来自邻近信号对某 个信号通路的干扰。其耦合通路是以 互容和互感为特征的。在高速ＰＣＢ线 路中串扰会改变系统总线的传输性能， 串扰会将噪声感应耦合到其他的传输线 上，会降低信号的完整性，导致噪声 远端串扰，近端串扰是指在被干扰线 上靠近干扰线驱动器的串扰，远端串 扰是指被干扰线上靠近干扰线接收端的 串扰。 扰面积大小与ＣｉＶ［（ｄｖ／ｄｔ）、耦合长度 成正比。 感性耦合是由于干扰源上的电流变 化产生的磁场在被干扰对象上引起感应 电压从而导致的干扰。图ｌ中线路ａｂ 上传输信号的磁场在线路ｃｄ上感应出 电压，可以把干扰线看作变压器的一 感性与容性共同耦合的串扰，实 质是两种耦合串扰叠加的结果。由图 ２可知，电感耦合和电容耦合串扰都试 图在近端ｄ加强它们的效果（它们在 ｄ点的极性相同），而在远端Ｃ试图抵 消彼此的效果（它们在Ｃ点的极性相 反）。近端串扰脉冲的幅度大小是常 容限变小，过大的串扰会引电路的误 触发，导致系统无法正常工作。随着 次 ，把被干扰线看作变压器的二次 信号频率变高，信号上升、下降时间 减小，ＰＣＢ尺寸变小，布线密度加大 侧，被干扰线产生的电流在近端负载 电阻和远端负载电阻中流动。由互感 —＿，， 一ｇｇ动信号 厂——十一Ⅳ＋ｌ 千抗姥ｂ ～一 ｒ＼、｛ 、 ａ。 ， Ⅳ一ｌ 。 ＞ｃ＞．——广 一 一ｋ』 ｒ—广 ～』一＿ 一 广：、一＾ 』√～一ａ ａ— Ｌ 逐碲厂 逐碲 ｎ ｎ“ ／— ｋ Ｌ 一面 远幕箍箍 ／ …Ａ 一 ｂ Ｃ ｂ ＿ 。 ¨～、、 ￡鲁息 茎和爱 荛逸 端拯蛙相 ｌ７ ） 同 ／一 … ， 瓤曩端掇性相 璺 ｆ＼ ２耍塑！ ～一 ●＝ｌ—二＝面 二二 一 ————一 ———————■叫一 ｄ—— ＝二 二＝＝｝～ 图１ 磁场（感性）和电场（容性）串扰模型 图２互感和互容耦合串扰波形图 维普资讯 http://www.cqvip.com 数，而脉冲宽度由耦合区域表示的传 播时间Ｔｐ的２倍。远端脉冲的宽度大 约为干扰线上脉冲的上升时间Ｔｒ，幅 度大小随着耦合长度的增大而加大。 正常条件下，在一个完整平面上，感 性和容性的串扰电压大小基本相等， 在ＰＣＢ线路中带状线电路具有很好的 小；对于微带线路，与串扰相关的电 Ｐ一—Ｒ下方参考平面的高度是１ Ｏｍｉ ｌ，相对介 Ｚｏ Ｉ．＋—（式１） 电系数为４．３，驱动器为“ＣＭＯＳ ３． ３Ｖ ＦＡＳＴ”，微带线的长度为５ ５ｉｎ。 完成设置后，ＨｙｐｅｒＬｙｎｘ计算出微带 其中Ｒ 是终端负载电阻。由式１ 可知，若Ｒ ＝Ｚ ，Ｐ－＝＝＝０，若终端开 路（Ｒ ＝ｏｏ），Ｐ＝１，若终端短路 （Ｒ 一０），Ｐ一～１。在图１中若近端 终端电阻不匹配，会使近端串扰在远 线的特征阻抗ｚ０为８１．７ｏｈｍｓ，传输 延迟Ｔｐ为８．０７９ｎｓ。建立的仿真模型 如图３所示，仿真结果如图４所示。 仿真结果分析如下：图４中Ａ０是 驱动信号波形，这个波形从０Ｖ上升到 ３．３Ｖ用了１ｎｓ时间。Ｂ０是干扰线远端 也就是８．０７９ｎｓ延迟之后的波形。Ａｌ 是被干扰线近端ｌ ＯＭｏｈｍｓ终端电阻的 感性和容性耦合平衡性，其远端串扰 端造成反射。为了消除近端串扰反射 到远端，可以通过在近端接入正确的 场大部分穿过空气，而不是其他的绝 终端匹配电阻，使ｐ一０，消除反射。 缘材料，因此容性串扰比感性串小， 导致其远端耦合是一个负数。如果串 ３．串扰仿真 扰是主要面对的问题，那么就把所有 的敏感走线都布置成带状线。 由传输线理论可知，若ＰＣＢ走线Ｊ 串扰的方法，使用Ｍｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ 有恒定的特征阻抗Ｚ 如果它的终端； 公司的ＨｙｐｅｒＬｙｎｘｔ １的ＬｉｎｅＳｉｍ仿真工 阻抗匹配，就不会在这终端造成反 具对串扰进行仿真。 射，但是终端阻抗不匹配就会造成反 射。电压反射系数为 ３．１微带线模型 波形，并在此处反射，它的宽度大约 为了理解和研究串扰，寻找减小 为ｌ ６ｎＳ，也即是传输延迟Ｔ，、的２倍。 Ｂ ｌ是远端串扰波形，其中负脉冲部分 是互容互感串扰叠加的结果，负脉冲 之后的部分是近端反射到远端的结果， 其大小为Ａｌ点串扰的一半，这是由于 ８１．７ｏｈｍｓ传输线与８１．７ｏｈｍｓ远端匹 配电阻构成分压器所起怍用的结果。 Ｖｅ 【ｉ滞Ｉ：｝Ｗｄｌ ｏｔｉｓｅｔ ２ ｍＶ 微带线模型参数设置如下：走线 宽度为６ ｒｒｌｉｌ，间距为４ｎｌ¨，走线距 ｔｔｏ￣ｉｚｏａ ：Ｓ ｎｓ坩ｎ ｄｅｌａｙ：０Ｉｉ Ｏ￣ｈｌｓｅｃ ｉｉ ｛诲｛ ／ ’ ｒ ｝；ｌ ＼… 图３微带线仿真模型 图４微带线模型串扰仿真结果 ＶｅｒＩ ｉｃａｌ：１ Ｖ／ｄｌ ｖ ｏｆｆｓｅｔ： ．０Ｖ ｔｔａｒｉｚａｎ ｌａｔ：５ ｎｓ／ｄｉ、 ，ｄｅｌａｙ：０ ＵｇＯｎｓｅｃ ｉＡ【 ｛ｇ ／ ／ Ｌ／轴 ｛ ＼ 图５终端匹配微带线仿真模型 图６终端匹配微带线仿真结果 ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com 删…ｚ咖 期 ……№ … …Ｔ…．ｚｏｏ ３．２用终端匹配微带线 参数设置与微带线模型相同，只 是被干扰线近端终端匹配电阻由原来的 ｌ０Ｍ ｏｈｍｓ改为８１．７ｏｈｍｍｓ，建立的仿 成分一样大而方向相反，它们相互抵 消。 串扰住高速ＰＣＢ线路设计中是一 个不可忽视的问题，正越来越来受到 关注。通过对串扰产生原理及特点的 ３．４ 改变耦合长度、走线到参 考 面层高度 改变耦合长度，仿真模型采用图３ 中的模型，图９中ａ、ｂ、Ｃ曲线分别为 传输线长度为Ｚ７．５ｉｎ、５５ｉｎ、１１０ｉｎ的 远端串扰，从图９中看出随着耦合长度 的增加，负脉冲的幅度也不断增加，但 是脉冲宽度不变，等于信号的上升时间 Ｔｒ。近端串扰脉冲的幅度不变，但是脉 分析，可知采取走线布置在带状线环 境中，利用近端阻抗匹配，缩短传输 线的耦合长度，减少走线到参考平面 层的高度等方法凡丁以减小串扰。此外 还有学者提ｍ走防护线减小串扰的方 法，但这种方法在高速ＰＣＢ设计中还 存在较大的争议。 真模型如图５所示。由于传输线电阻 与终端电阻 配，从前面的分析可知 近端串扰不会在远端造成反射，仿真 波形如图６所示，从图６中可以看 Ｂ ｌ点负脉？中之后没有ｒ近端的反射串 扰，大大改善ｒ远端的总串扰。 ３．３带状线模型 使有带状线仿真，这里使 的走 线尺寸与微带线摸 相『西１，建立的仿 冲宽度随着耦合区域的长度增大而增 大。在图３所示的仿真模型中改变走线 到参考平面层高度为５１３ｉ１，图ｌ０中ａｌ、 ｂ ｌ为原来间距到参考平面层高度为 ｌ０１３ｉ１的串扰，Ａｌ、Ｂｌ为改变高度后 的串扰，从图ｌ ０可知减少间距到参考 参考文献 …．Ｈｏｗ￣ｒｄ Ｊｏｈｎｏｓ Ｍ＆ｒｔｉｎ Ｇｒ＆ｈ＆ｍ著 沈立等译．高速数字设计．电子工业出 版社．２００６：１ ６５ １ ６６． 真模型如罔７所示。由丁走线处于带 状线中，所以走线的一些性质发生了 ［２］．ＨｙｐｅｒＬｙｎｘ入门指南．比思电子有 限公司． 变化，特征阻抗Ｚ．．变为６４ＯｈｍＳ，传 输延’迟Ｔ 、变为９．６６３ｎｓ。从仿真结果 图８中可以看出Ｂ ｌ没有负脉冲，只剩 下近端的反射串扰，也就是晚在带状 ％髓食 刘汉瑞（１ ９ ７ ８～），男，汉族．助理实 验师 本科 主要研究方向 电工电子 实验教学。 平面层的高度，可以减少串扰。 线环境中，串扰的容性成分与感性的 ４、结束语 Ｖｃｆ ｔｉｃａｌ：１ ｖｉａｊ ｖ ｏｆｆｓｅｔ：一２ ，ＢＶ ＨｏｒｉＺＯＮ Ｉ ：５ ｎｓ／ｄｉ￣ ｄｅｌａｙ：Ｂ．Ｉｊ ＢＢＩｌｓｅｃ ＶＤ¨ＩｌＯｎ Ｄ∞Ｖ ， ／ 』 ＼ 弹； ｅｔ ｉ Ｂ｛ ● ‘— ’ ‘‘’ ’ 一 ｆ 一 Ｉ、６４Ｄ ｏｈｎ＇ｒ．ｓ， ｆ ７ １ ｝ 【 ＲｏｔＢ１， ｛ ｛ ＶｐｕｌＩＤｎ Ｄ０Ｏ Ｖ 图７带状线仿真模型 图８带状线仿真结果 Ｖｅｆ ６ｃａ｜：１Ⅵ南 ｖ ｅｆｌｓｅｔ： ＯＶ Ｈｏｒｉｚｓｎ ａｌ：５１３ ｓ，ｄｉ， ，ｄｅｌａｙ：０．１ ￣００ｎｓｅｃ ｛ ｉ ：｛ ｊ 改变耦合长度仿真结果 图１ ０改变线路到参考平面层高度仿真结果
