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1 串擾的原因是什麼?
當訊號沿著 PCB佈線, 它的電磁波也沿著線路傳播, 從集成電路晶片的一端到線路的另一端. 在傳播過程中, 由於電磁感應，電磁波會產生瞬態電壓和電流.
電磁波包括隨時間變化的電場和磁場。 事實上，在印刷電路板中，電磁場並不局限於各種佈線，相當一部分電磁場能量存在於佈線之外。 囙此，如果附近有其他線路，當訊號沿導線傳播時，其電場和磁場將影響其他線路。 根據麥克斯韋方程，時變電場和磁場將導致相鄰導體產生電壓和電流。 囙此，伴隨訊號傳播過程的電磁場將導致相鄰線路產生訊號，從而導致串擾。
2、正向串擾的電容特性
前向串擾表現為兩個相互關聯的特徵：電容性和感知性。 當“入侵”訊號前進時，“受害者”中產生同相的電壓訊號。 該訊號與“入侵”訊號的速度相同，但總是在“入侵”訊號之前。 這意味著串擾訊號不會提前傳播，而是將以與“入侵”訊號相同的速度與更多能量耦合。
由於“入侵”訊號的變化導致串擾訊號，囙此前向串擾脈衝不是單極性的，而是具有正負極性。 脈衝持續時間等於“入侵”訊號的切換時間。
導線之間的耦合電容决定了正向串擾脈衝的幅度，耦合電容由許多因素决定，例如PCB的資料、幾何尺寸、線路交叉的位置等。 振幅與平行線之間的距離成正比：距離越長，串擾脈衝越大。 然而，串擾脈衝幅度有一個上限，因為“入侵”訊號逐漸失去能量，“受害者”反過來耦合回“入侵者”。
正向串擾的電感特性
當“入侵”訊號傳播時，其時變磁場也會產生串擾：具有感應特性的正向串擾。 但是感知串擾和電容串擾有著明顯的不同：前向感知串擾的極性與前向電容串擾的極性相反。 這是因為在正向上，串擾的電容部分和感知部分相互競爭，相互抵消。 事實上，當正向電容串擾和感知串擾相等時，就不存在正向串擾。
在許多設備中，正向串擾非常小，而反向串擾成為一個主要問題，特別是對於長條電路板，因為電容耦合得到增强。 然而，如果沒有類比，實際上不可能知道感知串擾和電容串擾在多大程度上相互抵消。
如果已經量測了前向串擾, 您可以根據軌跡的極性確定軌跡是電容耦合還是電感耦合. 如果串擾的極性與“入侵”訊號相同, 電容耦合將占主導地位, 否則, 電感耦合將占主導地位. 在裡面 PCB板, 感應耦合通常更强.
反向串擾的物理理論與正向串擾相同：“入侵”訊號的時變電場和磁場會在“受害者”中產生感知和電容訊號。 但兩者之間也存在差异。
最大的區別是反向串擾訊號的持續時間。 因為前向串擾和“入侵”訊號的傳播方向和速度相同，所以前向串擾的持續時間與“入侵”訊號的持續時間相同。 然而，反向串擾和“入侵”訊號以相反方向傳播，它滯後於“入侵”訊號，並導致長串脈衝。
與正向串擾不同，反向串擾脈衝的幅度與線路長度無關，其脈衝持續時間是“入侵”訊號延遲時間的兩倍。 為什麼？ 假設您從訊號的起點觀察到反向串擾。 當“入侵”訊號遠離起點時，它仍在產生反向脈衝，直到出現另一個延遲訊號。 這樣，反向串擾脈衝的整個持續時間是“入侵”訊號延遲時間的兩倍。
3、反向串擾的反射
您可能不關心驅動晶片和接收器晶片之間的串擾干擾。 然而，為什麼要關心反向脈衝？ 因為驅動晶片通常是低阻抗輸出，所以它反射的串擾訊號比吸收的要多。 當反向串擾訊號到達“受害者”的驅動晶片時，它將被反射到接收晶片。 由於驅動晶片的輸出電阻通常低於導線本身，囙此通常會引起串擾訊號的反射。
與前向串擾訊號具有電感和電容兩個特性不同，後向串擾訊號只有一個極性，囙此後向串擾訊號不能自我抵消。 反向串擾訊號和反射後的串擾訊號的極性與“入侵”訊號相同，其幅度是這兩部分的總和。
請記住，當您在“受害者”的接收端量測反向串擾脈衝時，該串擾訊號已經被“受害者”驅動晶片反射。 您可以觀察到反向串擾訊號的極性與“入侵”訊號相反。
在數位設計中，您經常關心一些定量名額。 例如，無論如何以及何時產生串擾（正向或反向），其最大雜訊容限為150mV。 那麼，有沒有一種簡單的方法來準確量測雜訊？ 簡單的答案是“否”，因為電磁場效應太複雜，涉及一系列方程、電路板的拓撲結構、晶片的類比特性等。
4、串擾消除
一種方法是更改影響耦合的一個或多個幾何參數，例如線路長度、線路之間的距離和電路板的分層位置。 另一種方法是使用終端將單線轉換為多通道耦合線。 通過合理的設計，多線終端可以消除大部分串擾。
5、線路長度
許多設計師認為縮短線路長度是减少串擾的關鍵。 事實上，幾乎所有的電路設計軟件都提供了最大平行線長度控制功能。 不幸的是，僅通過改變幾何值很難减少串擾。
因為正向串擾受耦合長度的影響，當縮短沒有耦合關係的線路長度時，串擾幾乎沒有减少。 此外，如果耦合長度超過驅動晶片的下降或上升延時，則耦合長度與前向串擾之間的線性關係將達到飽和值。 此時，縮短已經很長的耦合線對减少串擾幾乎沒有影響。
6、隔離困難
新增耦合線之間的距離並不容易。 如果佈線非常密集，則必須花費大量精力來降低佈線密度。 如果您擔心串擾干擾，可以添加一個或兩個隔離層。 如果你必須擴大線路或網絡之間的距離，那麼你最好有一個易於操作的軟件。 電路的寬度和厚度也會影響串擾干擾，但其影響遠小於電路的距離因數。 囙此，這兩個參數通常很少調整。
電介質資料的厚度在很大程度上影響串擾干擾。 通常，使佈線層靠近電源層（Vcc或接地）可以减少串擾干擾。 改善效果的準確值需要通過類比確定。
7、分層因素
一些 PCB設計師 仍然不注意分層方法, 這是高速電路設計中的一個重大錯誤. 分層不僅影響輸電線路的效能, 例如阻抗, 延遲和耦合, 但電路操作也容易出現故障甚至變化. 例如, 通過减少5mil的電介質厚度來减少串擾干擾是不可能的, 雖然這可以在成本和流程方面做到.
8、致命武器
不幸的是，這樣的終端價格昂貴，無法理想地實現，因為一些傳輸線之間的耦合阻抗太小，這將導致大電流流入驅動晶片。 傳輸線和地面之間的阻抗不能太大，無法驅動晶片。 如果存在這些問題，並且您計畫使用這種類型的端子，請嘗試添加一些交流耦合電容器。
儘管在實現上存在一些困難，但阻抗陣列終端仍然是處理訊號反射和串擾的致命武器，尤其是在惡劣條件下。 在其他環境中，它可能工作，也可能不工作，但它仍然是一種推薦的方法。
