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深入研究近端相声(下)

作者Cadence PCB解决方案

相声有两种:近端和远端。这并不是完全正确的，因为有一些形式的EMI被赋予了一些“串扰”的标签，但就PCB中两条迹线之间可以耦合的噪声而言，这几乎就是它了。串扰的影响很简单:当攻击网络上的一个信号切换时，在攻击网络的上升和下降边缘时，会在被攻击网络上产生一些噪声。

近端串扰(NEXT)在如何抑制和不能抑制方面很有趣。此外，由于诱导的串扰在受害网络上返回到驱动端，终止可能会干扰近端串扰，并且它可能对在接收器收集的信号行为没有任何可见的影响。要了解为什么会出现这种情况，我们需要在NEXT耦合系数处紧密闭合，以及信号如何与PCB互连中的终端阻抗相互作用。

耦合系数与上升时间

当一个互连(“攻击者”)上的信号在另一个互连(“受害者”)上引起一些噪声时，就会发生串扰。对于数字信号，这发生在攻击者信号的上升和下降边缘。所有这些都适用于任何电子系统(PCB迹线、集成电路、电缆中的电线等)。

所有人的力量诱导串扰噪声可以从电路的角度用寄生电感和电容来描述。之间的寄生电感和电容值，然后使用以下公式计算NEXT和FEXT系数。

串扰耦合系数

NEXT和FEXT耦合系数。

其中“M”下标为互感/电容，“L”下标为受害线固有电感/电容。这些系数是电压比，其中“A”下标表示攻击者的电压水平，“NE”或“FE”分别表示近端或远端。

NEXT没有上升时间依赖?

NEXT公式似乎不依赖于上升时间，尽管这是不正确的。在NEXT的大多数推导中，假定攻击者和受害者网络之间的耦合长度非常长，这意味着远长于攻击者信号上升时间期间所经过的距离。

下一个模拟

近端串扰系数必须包括长度/(速度*上升时间)的比值，以考虑耦合区域的长度。

在上式中，长度/(速度*上升时间)项始终≤1。换句话说，最终两个网络之间的耦合长度变得如此之长，以至于它超过了信号在上升时间内所经过的距离。由于信号只能在上升/下降期间诱导噪声，因此当耦合长度足够长时，NEXT的强度将达到某个最大值是有道理的。

串扰耦合长度

NEXT和FEXT耦合区域。

当串扰在受害者互连上诱导时，还会发生其他一些行为:

  • 瞬态响应:当在模拟中观察到，诱导串扰脉冲可以出现一些耳鸣通过其与受害互连的集总电感的相互作用。
  • 向驱动端移动:一旦NEXT被诱导，它将开始向与攻击信号相反的方向移动。
  • 与终止的相互作用:对受害者的终止阻抗可以与对受害者诱导的任何NEXT脉冲相互作用，这取决于攻击者和受害者网络的方向。

NEXT如何与终止阻抗相互作用

在受害网的近端终止阻抗将与NEXT相互作用，并且终止阻抗和NEXT之间的相互作用取决于终止是电阻性的，无功性的，还是两者兼有。

由于我们经常讨论数字意义上的串扰，而串扰在具有快速边缘率的高速数字设计中非常突出，因此我们通常处理以下传输线电路(分布式单元或集总单元):

近端相声方向

如果终端电阻Zout足够大，它将阻尼NEXT。

在这种情况下，NEXT发生在这个系统中，并返回到驱动器，如上图所示，它将遇到进入驱动器侧的输入阻抗。通常这是未终止的，这意味着在输入端会发生一些反射，NEXT将开始返回接收端!如果有一个串联电阻终止这条线路的驱动端，该电阻将抑制传输线上NEXT的瞬态响应并降低其大小。

然而，即使在直流耦合线路中，这种情况也不常见。您可能会在像SPI或I2C这样需要较慢边缘速率的低速总线中看到这一点。例如，在I2C中，如果由于低母线电容或错误的上拉电阻导致上升时间过快，有人可能会添加一个串联电阻来减慢上升时间。

减少NEXT的更好策略

减少NEXT有一些更好的策略。用串联电阻终止每条受害线路来抑制NEXT是不切实际的，可能会影响逻辑电平，因此除了用于较慢总线上的上升时间控制外，不建议使用。

相反，你应该关注以下三点:

  • 降低寄生电容和电感使地平面更接近干扰线。这需要重新设计堆栈。
  • 如果采用长平行线，将它们分开或隔开。在这种情况下，NEXT和FEXT将被减少。
  • 如果另一层可用，将敏感的受害者网络移动到与攻击者通过GND分隔的不同层。

当需要评估NEXT和FEXT互连之间的强度时，可以使用集成的信号完整性工具Allegro PCB Designer与Sigrity从节奏．只有Cadence提供最好的PCB设计和分析软件包括行业标准的CAD工具、强大的路由功能等等。

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