PCB部落格 - 高速PCB板設計中的串擾分析與控制研究

在飛速發展的今天 電路板 設計領域, 高速和小型化已成為一種趨勢. 如何保持和提高系統的速度和效能，同時减小電子系統的尺寸，已成為設計人員的一個重要問題. EDA科技為高速PCB和板級系統開發了一整套設計分析工具和方法, 這些科技涵蓋了高速電路設計分析的所有方面：靜態時序分析, 信號完整性分析, 電磁干擾/電磁相容設計, 地面彈跳分析, 功率分析, 和高速路由器. 同時, 它還包括信號完整性驗證和簽字, 設計空間檢測, 互聯規劃, 受電力規則約束的互連綜合, 系統等科技方法的提出也為高效、更好地解决信號完整性問題提供了可能. 在這裡, 我們將討論在信號完整性問題中分析訊號串擾的方法及其控制.

1、串擾訊號產生機制

串擾是指當訊號在傳輸通道上傳輸時，由於電磁耦合，它對相鄰傳輸線產生不希望的影響，並且將一定的耦合電壓和耦合電流注入到受干擾訊號中。 過多的串擾可能會導致電路錯誤觸發，導致系統無法正常工作。 在圖1所示的電路中，AB之間的柵極稱為攻擊線，CD之間的柵極稱為受害線。 只要攻擊者改變狀態，我們就可以觀察到受害者的脈衝串擾。 傳輸通道上的訊號傳輸會在相鄰傳輸線上產生兩種不同類型的雜訊訊號：電容耦合訊號和電感耦合訊號。 電容耦合是由干擾源（侵略者）上的電壓（Vs）在被干擾物體（受害者）上的變化引起的電磁干擾，導致感應電流（i）通過互電容Cm，而感應耦合是由干擾源引起的。 電流（Is）變化產生的磁場通過互感（Lm）在干擾物體上引起感應電壓（V）引起的電磁干擾。

2、電流對串擾的影響

串擾是定向的，其波形是電流方向的函數。 在這裡，我們看兩種情况下的訊號類比。 第一種情况是，干擾源金屬絲網和受干擾對象金屬絲網的電流方向相同， 第二種情况是，干擾源金屬絲網和受干擾物體金屬絲網的電流方向相反（即，位於點B的一個是驅動源，位於點A的一個是驅動源。點是負載）。 AB和CD線路網均添加了20MHz訊號。 從模擬結果可以看出，當電流方向相反時，遠端串擾的峰值（357.6mm）大於當電流方向相同時，遠端串擾的峰值（260.5mm）。 同時，從圖4可以看出，當干擾源的電流變化時，受干擾源的串擾極性也會變化。 這表明串擾的幅值和極性與相應干擾源上的訊號電流有關。 點D處的遠端串擾通常大於近端點C處的串擾。囙此，在串擾抑制中，點D處的遠端串擾通常用作檢查線路網絡峰值串擾電壓時要考慮的關鍵因素。

3、信號源頻率和邊緣翻轉率

干擾訊號的頻率越高，受干擾對象上的串擾幅度越大。 我們類比了圖1中干擾網絡AB上的訊號頻率f1分別取不同頻率值時，受干擾對象上的串擾。 對於訊號頻率不同時的串擾波形，由標記為“1”和“2”的箭頭訓示的波形頻率分別為“500MHz”和“100MHz”。 從模擬結果可以看出，受干擾物體上的串擾電壓與干擾源訊號的頻率成正比。 當干擾源的頻率大於100MHz時，必須採取必要措施抑制串擾。 同時，從圖5也可以看出，當干擾源的頻率高達500MHz時，很明顯，受干擾物體近端點C的串擾大於遠端點D的串擾，這表明電容耦合已超過電感耦合，並已成為主要干擾因素。 在這種情況下，不僅要處理好遠端串擾，而且要小心處理經常被忽視的近端串擾。 此外，讓我們分析另一個對串擾有很大影響的因素，即訊號的邊緣翻轉速率。 邊緣）對串擾的影響更大，邊緣變化越快，串擾越大。 由於具有大邊緣翻轉速率的器件在現代高速數位電路的設計中得到越來越廣泛的應用，囙此，即使這些器件的訊號頻率不高，也應仔細佈線，以防止產生過多的串擾。

4、兩條線的行距P和平行長度L對串擾大小的影響

在兩條線之間的距離和平行長度不變的情况下，檢測要干擾的對象（標有“1”）的串擾； 第二種情况是在兩條線的平行長度不變的前提下，將兩條線之間的距離新增到10mils。 然後檢測受干擾對象的串擾標記“2”； 第3種情况是在兩條線之間的距離不變的情况下，將兩條線的平行長度新增到2.6in標記“3”，然後檢測受干擾物體的串擾。 從模擬結果可以看出，當兩條線之間的距離新增（P從5mils更改為10mils）時，串擾顯著减少，當兩條線的平行長度延長（L從1.3in更改為2.6in）時，串擾顯著增加。 由此可以看出，串擾電壓的幅值與兩條線之間的距離成反比，與兩條線的平行長度成正比，但它不是完全的多重關係。 當佈線空間小或佈線密度大時，當在實際高速電路中佈線時，為了防止高頻訊號線與相鄰訊號線的串擾，這可能導致門電平的錯誤觸發，佈線資源在某些條件下允許， 線間距（差分線除外）應盡可能靠近地打開，並且應减少兩條或更多訊號線的平行長度， 這不僅可以節省緊張的佈線資源，還可以有效抑制串擾。

5、地平面對串擾的影響

多層PCB板通常包括幾個訊號層和幾個功率層，多個訊號層和功率層堆疊形成標準微帶傳輸線和帶狀傳輸線。 通常在微帶傳輸線和帶狀傳輸線附近有一個電源平面，並且相應的訊號層和電源層填充有電介質。 該介質層的厚度是影響傳輸線特性阻抗的重要因素。 當它變厚時，傳輸線的特性阻抗變大，當它變薄時，傳輸線的特性阻抗變小。 傳輸線和接地層之間的介電層厚度對串擾有很大影響。 對於相同的佈線結構，當介質層的厚度加倍時，串擾顯著增加。 同時，對於相同厚度的介質層，條形傳輸線的串擾小於微帶傳輸線的串擾。 可以看出，地平面對不同結構的傳輸線的影響也不同。 囙此，在高速PCB佈線中，使用帶狀傳輸線可以實現比使用微帶傳輸更好的串擾抑制。

6、串擾控制

消除串擾是不可能的, 我們只能將串擾控制在可容忍的範圍內. 在設計PCB時，我們可以採取以下措施：1）如果佈線空間允許，新增線路之間的距離； （2）計數層時，應考慮到： 3）設計關鍵的高速訊號作為差分線路對，如高速系統時鐘； （4）如果兩個訊號層相鄰，則應提供兩個訊號層。 聯軸器； 5）設計高速訊號線作為帶狀線或嵌入式微帶線； （6）路由時，平整度，可以慢速行駛； （7）在滿足系統設計要求的情况下， PCB板.