串扰机理详解

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射频电路中,串扰的基本原理

射频电路中,串扰的基本原理

射频电路中,串扰的基本原理1.引言1.1 概述射频电路中,串扰是一个常见且重要的问题,尤其在高频信号传输中更为突出。

串扰指的是在射频电路中,不同信号之间相互干扰、相互影响的现象。

在射频电路中,存在着多个信号线路,每条线路上都传输着特定频率的信号。

由于线路之间的物理接近或电磁场的交叠,信号之间会相互耦合,形成串扰。

这种耦合作用导致了信号之间的互相干扰,从而影响了射频电路的性能和可靠性。

串扰可以分为两种情况:带宽内串扰和带宽外串扰。

带宽内串扰指的是信号间频率相近,介于同一频段内的串扰;而带宽外串扰则是指信号间频率相差较大,介于不同频段内的串扰。

不同类型的串扰对射频电路的影响也有所不同。

带宽内串扰会导致信号变形、信噪比下降等问题,严重时甚至会导致通信不可靠。

而带宽外串扰则会引起频谱污染,干扰其他频段的正常通信。

为了抑制和减小串扰对射频电路的影响,人们提出了多种方法和技术。

例如,设计合理的电路布局和线路走向可以有效降低串扰的产生;合理选择线路材料和导线屏蔽等手段也能起到抑制串扰的作用。

此外,通过滤波器和隔离器等电路元件的使用,还可以对串扰信号进行滤除和分离,从而保证射频电路的正常工作。

本文将从串扰的定义和分类入手,深入探讨串扰的产生原理,并分析串扰对射频电路性能的影响。

同时,还将介绍一些串扰抑制的有效方法和技术,旨在帮助读者更好地理解和应对射频电路中的串扰问题。

文章结构的设计旨在清晰地呈现射频电路中串扰的基本原理。

本文将按照以下结构展开内容:1. 引言1.1 概述引言部分将简要介绍射频电路和串扰的概念,引起读者的兴趣,并说明射频电路中串扰问题的重要性和现实意义。

1.2 文章结构在本节,我们将详细介绍文章的结构,以帮助读者更好地理解和跟随文章的内容。

1.3 目的目的部分将明确本文的目标,即解释射频电路中串扰的基本原理,并提供一些串扰抑制方法的实用建议。

2. 正文2.1 串扰的定义和分类正文的第一部分将全面介绍串扰的概念,包括定义、分类和常见的串扰类型。

光纤通信中的串扰抑制技术研究

光纤通信中的串扰抑制技术研究

光纤通信中的串扰抑制技术研究光纤通信技术是指通过纤维光缆实现传输信息的技术,一直以来都是通信领域的重要技术之一。

然而,在高速光纤通信中,串扰问题一直是制约光纤通信系统性能的重要因素之一。

为了提高光纤通信系统的性能,降低串扰对通信系统的影响,许多研究人员对串扰的抑制技术进行了深入的研究。

本文将重点介绍光纤通信中的串扰抑制技术研究,包括串扰的产生机理、串扰抑制的方法以及现有研究的不足和未来的发展方向。

一、串扰的产生机理光纤通信中的串扰是由于不同波长或不同频率的光信号在传输过程中相互干扰引起的。

串扰的产生机理可以简单地理解为:当光纤中同时传输两路光信号时,光信号会相互作用,会在一定程度上改变彼此的特性,从而影响光信号的正确接收。

同时,串扰的发生还受到多种因素的影响,其中包括光波式前效应、光纤间隙和光纤拓扑结构等。

这些因素对串扰的产生具有很大的影响,需要考虑到这些因素才能更好地抑制串扰。

二、串扰抑制的方法为了解决光纤通信中的串扰问题,许多的串扰抑制方法也应运而生。

其中比较常用的方式主要包括以下几种:1. 监测与调制技术:在光纤通信系统中添加监测与调制技术,可以使渐进干扰逐步降低。

同时,通过采用不同的调制方式可以降低串扰的影响,提高系统的抗串扰能力。

2. 自适应等效化技术:自适应等效化技术可以通过模拟系统的响应函数,来估计信道传输中的干扰和歪曲。

在下一次的传输中,系统通过预测信道干扰和失真的情况,再根据预测的信号,进行自适应调整,从而提高系统的抗干扰性能。

3. 光缆设计优化:优化光纤通信系统中的光缆结构,增强光传输的性能,通过光缆波分复用技术实现多路光线的传输,从而有效地减少串扰的干扰效应。

4. 信道编码:信道编码技术可以通过编码技术的更改来提高传输数据的准确性,消除数据传输中的干扰和误差。

三、现有研究的不足与未来的发展方向目前,光纤通信中的串扰问题仍然是一个亟待解决的难题。

虽然一些方案和技术已经被提出来,但是仍然需要进一步的研究和改进。

高速数字系统设计——串扰

高速数字系统设计——串扰

crosstalk)),定义远端串扰(far-end crosstalk)为在被感应传输线远离驱动器的一端看到的
串扰(有时又称为前向串扰(forward crosstalk))。互容在被感应传输线上产生的电流,分别
流向被感应传输线的两端。互感在被感应传输线上产生的电流,从被感应传输线的远端流向
近端,这是因为互感会产生反方向的电流。这样,流向近端和远端的串扰电流可以分解为若
信号发送到传输线起始端
驱动信号的边沿
V
近端串扰脉冲
近端
V
远端串扰脉冲
信号传播到传输线中间 (1/2)TD时刻
远端
近端
V
信号传播到传输线末端 TD时刻
远端
近端
远端串扰脉冲在 TD时刻到达
远端
图 3-3 串扰噪声示意图
串扰噪声的幅度和波形在很大程度上依赖于耦合程度和端接负载。图 3-4 中的公式和图
例描绘了被感应传输线的不同端接方案中,串扰在干净传输线上感应出的最大电压值 [DeFalc o,1970]。驱动线终 端匹配, 以消除由多 次反射引起 的麻烦。 这些公式主 要用于估 计串扰噪声的幅值,并有助于了解特定端接方案的影响。对于比图 3-4 复杂的拓扑结构,则 需要使用类似于 SPICE 的仿真器来求解。
C11 C12 电容矩阵=
C21 C22
(3-5)
其中,传输线 1 自身的电容 C11 为传输线 1 的接地电容(C1g)加上传输线 1 到传输线 2 的互
容(C12):
C11=C1g+C12
(3-6)
C12
C1g
C2g
地平面
图 3-1 用于说明寄生矩阵的简单的双导线系统
另外,图 3-1 所示系统的电感矩阵为:

串扰形成机理

串扰形成机理

5、串扰分析当今飞速发展的电子设计领域,高速化和小型化已经成为一种趋势。

如何在缩小电子系统体积的同时,保持并提高系统的速度与性能成为摆在设计者面前的一个重要课题。

信号频率变高,边沿变陡,印刷电路板的尺寸变小,布线密度加大等都使得串扰越来越成为一个值得注意的问题。

而随着电子工程师不断把设计推向技术与工艺的极限,串扰分析变得越来越重要。

本节讨论的串扰问题是高速、高密度电路设计中需要重点考虑的问题,下面的仿真结果均是使用Mentor Graphics公司的Interconnect Synthesis(IS)软件完成的。

5.1、串扰的基本概念串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。

过大的串扰可能引起电路的误触发,导致系统无法正常工作。

串扰是由电磁耦合形成的,耦合分为容性耦合和感性耦合两种。

容性耦合是由于干扰源(Aggressor)上的电压变化在被干扰对象(Victim)上引起感应电流从而导致的电磁干扰,而感性耦合则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电磁干扰。

因此,信号在通过一导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号:容性耦合信号与感性耦合信号。

5.2、几种典型情况的串扰分析我们以图13为例,先来介绍一下串扰的有关术语。

图中如果位于A点的驱动源称为干扰源(Aggressor),则位于D点的接收器称为被干扰对象(Victim),A、B之间的线网称为干扰源网络,C、D之间的线网称为被干扰对象网络;反之,如果位于C点的驱动源称为干扰源(Aggressor),则位于B点的接收器称为被干扰对象(Victim),C、D之间的线网称为干扰源网络,A、B之间的线网称为被干扰对象网络。

当干扰源状态变化时,会在被干扰对象上产生一串扰脉冲,在高速系统中,这种现象很普遍。

为方便下面的仿真,我们组成构造如下的仿真条件:电路布局布线严格按照图13中两线系统的结构,设两线的线宽均为W,两线的线间距为P,而两线的平行长度为L,如不特殊说明,W、P和L的取值分别为W=5mils,P=5mils,L=1.3inches,两线均为顶层微带传输线。

信号完整性之串扰(四)

信号完整性之串扰(四)

信号完整性之串扰(四)一、串扰的概念串扰是两条信号线之间的耦合、信号之间的互感和互容引起的。

当信号在传输线上传播时,相邻信号线之间由于电磁场的相互耦合会产生不期望的噪声电压信号,即能量由一条线耦合到另一条线上。

根据耦合的机理不同,可分为电感应(容性)耦合和磁感应(感性)耦合。

产生串扰(crosstalk)的信号被称为干扰源(Aggressor)或动态线(active line),而收到干扰的信号被称为被干扰对象(Victim)或静态线(passive line)。

通常,一个网络既是干扰源又是被干扰对象。

串扰是发生在一个网络的信号路径及返回路径和另一个网络的信号路径及返回路径之间的一种效应。

耦合机制:动态线上的电压变化可在周围产生电场,而电场对于处于其中的导体上的电荷流动有一定的影响,因此与静态线相互作用后就会出现容性(电感应)耦合。

动态线上的电流变化将会在导体周围产生磁场,而这个磁场会对处于其中的电荷移动产生影响,从而使静态线上出现感性(磁感应)耦合。

耦合并不是时时刻刻发生的,本人经过咨询和查找资料,了解如下:当信号沿着动态线传播时,仅在信号边沿附近的特殊区域,即存在dV/dt或dI/dt的区域,才有耦合电流流到静态线上。

导线上除此之外的任何地方,电流和电压都为常数,所以不会出现耦合噪声电流。

这个地方还希望各路大神指教二、近端串扰和远端串扰对于长线的耦合串扰,在静态线上两端测得噪声电压明显不同,为了区分这两端,把距离干扰源端最近的一端称为近端干扰(信号传输方向的后方),距离干扰源端最远的一端称为远端干扰(信号传输的前方)。

大家看到的两种串扰的峰值不一样是因为近端串扰是连续值,远端串扰是叠加值。

近端串扰和线间距有关,远端串扰和线间距还有走线的并行长度有关。

(互容和间距有关,互感和并行长度有关,)近端噪声与容性耦合电流和感性耦合电流的总和有关。

远端噪声与容性耦合电流和感性耦合电流的差有关。

三、影响串扰的因素线间距:串扰随着间距的增大而降低,粗略估算间距从一倍间距拉远到两倍间距串扰降一半,拉远到三倍串扰再降一半。

信号串扰

信号串扰

信号完整性问题中的信号串扰及其控制方法作者:Jenny 发表时间:2009-1-13一、串扰信号产生的机理串扰是指一个信号在传输通道上传输时,因电磁耦合而对相邻的传输线产生不期望的影响,在被干扰信号表现为被注入了一定的耦合电压和耦合电流。

过大的串扰可能引起电路的误触发,导致系统无法正常工作。

如图1的电路,AB之间的门电路称为干扰源网络(Aggressor Line),CD之间的门电路称为被干扰源网络(Victim Line)。

只要干扰源一改变状态,我们就可以观察到受害源处的脉冲串扰。

图1串扰的干扰源网络和被干扰网络信号在传输通道上传输对相邻的传输线上引起两类不同的噪声信号:容性耦合信号与感性耦合信号,如图2、图3所示。

容性耦合是由于干扰源(Aggressor)上的电压(Vs)变化在被干扰对象(Victim)上引起感应电流(i)通过互容Cm而导致的电磁干扰,而感性耦合则是由于干扰源上的电流(Is)变化产生的磁场在被干扰对象上引起感应电压(V)通过互感(Lm)而导致的电磁干扰。

图2电容耦合示意图图3电感耦合示意图二、串扰的几个重要特性分析1、电流流向对串扰的影响串扰是具有方向的,其波形是电流方向的函数,这里我们来看两种情况下的信号仿真。

第一种情况是干扰源线网与被干扰对象线网的电流流向相同,第二种情况是干扰源线网与被干扰对象线网的电流流向相反(即位于B点的为驱动源,而位于A点的为负载)。

AB和CD 线网都加入20MHz的信号,表1给出了远端D点的串扰峰值,串扰的波形仿真结果如图4所示。

表1电流流向不同时的串扰峰值由仿真结果可知,电流流向为反向时的远端串扰峰值(357.6mm)要大于电流流向为同向时的远端口串扰峰值(260.5)。

同时由图4可以看到,当干扰源的电流流向改变后,被干扰源的串扰极性也改变了。

这说明串扰的大小和极性与相应干扰源上信号的电流流向有关的。

(a)电流为同向时的串扰波形(b)电流为反向时的串扰波形图4电流流向对峰值的影响远端D点串扰一般大于近端C点串扰,因此在串扰抑制中,D点的远端串扰通常被作为考察线网峰值串扰电压大小的重点考虑的因素。

串扰机理详解

串扰机理详解

串扰机理详解串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。

这种干扰是由于两条信号线间的耦合,即信号线之间互感和互容耦合引起的。

容性耦合(当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时,干扰源与信号电路之间就存在容性(电场)耦合,这时干扰电压线电容耦合到信号电路,形成干扰源)引发耦合电流,而感性耦合(当干扰源是以电流形式出现的,此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰)则产生耦合电压。

由于自身的逻辑电平发生变化,对其他信号产生影响的信号线称为“攻击线”(Aggressor),即干扰线。

受到影响而导致自身逻辑电平发生异常的信号连线我们称为“牺牲线”(Victim),即被干扰线。

串扰噪声从干扰对象上通过交叉耦合到被干扰对象上,表现为在一根信号线上有信号通过时,在PCB板上与之相邻的信号线上就会感应出相关的信号。

图5-1中如果位于A点的驱动源称为干扰源(Aggressor),则位于D点的接收器称为被干扰对象(Victim),A、B之间的线网称为干扰源网络,C、D之间的线网称为被干扰对象网络;反之,如果位于C点的驱动源称为干扰源,则位于B点的接收器称为被干扰对象,C、D之间的线网称为干扰源网络,A、B之间的线网称为被干扰对象网络。

图5-1 串扰中的干扰源与被干扰对象当干扰源状态变化时,会在被干扰对象上产生一串扰脉冲,在高速系统中,这种现象很普遍。

例如,当干扰源的信号有上升沿跳变(从0到1),而被干扰源保持为0电平,通过两者之间的交叉耦合电容,在被干扰源上就会产生一个短时的脉冲干扰,如图5-2.a所示。

类似的,在干扰源上有一个上升沿跳变(从0到1),而在被干扰源上有一个下降沿跳变(从1到0),由于交叉耦合的影响,在被干扰源上就会产生时延,如图5-2.b所示。

图5-2 a)短时脉冲干扰 b)时延通常,依赖于干扰源和被干扰源上信号的跳变,被干扰线上产生四种类型的影响:正的短时脉冲,负的短时脉冲,上升时延,下降时延,如图5-3所示。

浅谈串扰

浅谈串扰

浅谈PCB设计中的‘串扰’串扰,即能量从一根线耦合到另一根线上。

我们先看看串扰是如何而来,在导线中通过交变电流时就会产生磁场,当不同的传输线产生的电磁场发生相互作用时就会产生串扰。

当两根相邻的平行导线,根据电磁感应可以知道,当一根导线上有电流流过时,会在空间产生一定强度的磁场。

数字电路主要是脉冲电路,随着电流的变化,在导线附近产生着交变的磁场。

该磁场的磁力线切割相邻的导线,在导线上产生电动势,最终形成电流。

我们由于在PCB上布线的因素,在数字电路系统中,串扰现象相当普遍。

串扰可以发生在芯片内核、芯片的封装、PCB板上、接插件上以及连接线缆上。

随着系统向更小型化及更高速方向发展,串扰对系统设计的影响也显著加大。

设计工程师必须了解串扰产生的机理以及找到更好的方法,使串扰产生的负面影响最小化。

在多传输线的PCB系统中,大量传输线与线间的感性耦合与容性耦合,会产生两方面的有害影响。

首先会改变总线的中受串扰的传输线的特性,等价于改变了传输线的特向阻抗与传输线的传输速度,这样会对系统的时序及信号完整性带来不利的影响。

另外串扰会对其他传输线造成噪声,这样会更进一步的降低信号质量,以及降低噪声余量。

串扰的这些因素是系统在很大程度上取决于传输线间的数据切换模式,线与线间距以及驱动器的开关速度。

互感我们可以看出是通过电磁场效应将电流从电线路感应到临近的‘受害’线路上。

从而在‘受害’传输线上产生感应电流。

通过磁场产生的感应电流在电路原理中是通过互感来表现的。

这样互感将在受害线路上叠加上一个电压噪声,其大小跟驱动线路上驱动电流成正比。

互容我们可以看出是两个电极通过电场的耦合。

电场的耦合在电路原理上是用互容来表示的。

互容会对受害传输线产生一个感应电流,该电流正比于驱动线路上电压的变化速率。

因而,不论是互感还是互容在高速数字电路设计中应受到普遍的重视。

当将驱动信号注入到传输线的始端,串扰基本上发生在上升沿时间和下降沿时间段内信号发生变化。

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串扰机理详解串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰。

这种干扰是由于两条信号线间的耦合,即信号线之间互感和互容耦合引起的。

容性耦合(当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时,干扰源与信号电路之间就存在容性(电场)耦合,这时干扰电压线电容耦合到信号电路,形成干扰源)引发耦合电流,而感性耦合(当干扰源是以电流形式出现的,此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰)则产生耦合电压。

由于自身的逻辑电平发生变化,对其他信号产生影响的信号线称为“攻击线”(Aggressor),即干扰线。

受到影响而导致自身逻辑电平发生异常的信号连线我们称为“牺牲线”(Victim),即被干扰线。

串扰噪声从干扰对象上通过交叉耦合到被干扰对象上,表现为在一根信号线上有信号通过时,在PCB板上与之相邻的信号线上就会感应出相关的信号。

图5-1中如果位于A点的驱动源称为干扰源(Aggressor),则位于D点的接收器称为被干扰对象(Victim),A、B之间的线网称为干扰源网络,C、D之间的线网称为被干扰对象网络;反之,如果位于C点的驱动源称为干扰源,则位于B点的接收器称为被干扰对象,C、D之间的线网称为干扰源网络,A、B之间的线网称为被干扰对象网络。

图5-1 串扰中的干扰源与被干扰对象当干扰源状态变化时,会在被干扰对象上产生一串扰脉冲,在高速系统中,这种现象很普遍。

例如,当干扰源的信号有上升沿跳变(从0到1),而被干扰源保持为0电平,通过两者之间的交叉耦合电容,在被干扰源上就会产生一个短时的脉冲干扰,如图5-2.a所示。

类似的,在干扰源上有一个上升沿跳变(从0到1),而在被干扰源上有一个下降沿跳变(从1到0),由于交叉耦合的影响,在被干扰源上就会产生时延,如图5-2.b所示。

图5-2 a)短时脉冲干扰 b)时延通常,依赖于干扰源和被干扰源上信号的跳变,被干扰线上产生四种类型的影响:正的短时脉冲,负的短时脉冲,上升时延,下降时延,如图5-3所示。

图5-3 四种不同影响从干扰线耦合到被干扰线上的电压与被干扰线上的电压是完全无关的。

当信号沿着传输线传播时,在信号路径与返回路径之间存在电场和磁场。

这些场的分布不仅仅限于信号和返回路径之间的空间内,而是在周围空间延伸。

我们把这些延伸出去的场称为边缘场。

如果将两导线的间距加大,可看到边缘场的强度大大减弱。

图5-4所示表明了在信号路径与返回路径之间的边缘场以及另一个网络分别在远处和近处时两者之间的相互作用情况。

图5-4 信号线附近的场分布由图可见,第2根线处在边缘场的附近时,就有过多的耦合和串扰。

归根结底,边缘场是引起串扰的根本原因。

减小串扰最重要的方法就是使网络间的间距足够远,使其边缘场降低到可以接受的范围。

在系统中的每两个网络之间,总会有边缘场产生的电感耦合和电容耦合。

我们把耦合电感和耦合电容分别叫做互感和互容。

互感是引起串扰的两个重要因素之一,互感系数Lm标志了一根驱动传输线通过磁场对另外一根传输线产生感应电流的程度。

从本质上来说,如果“受害(Victim)线”和驱动线(侵略线)的距离足够接近,以至于侵略线产生的磁场将受害线包围其中,则在受侵略的传输线上将会产生感应电流,而这个通过磁场耦合产生的电流在电路模型中就通过互感参数来表征。

在互感Lm的作用下,将根据驱动线上的电流变化率而在受害线上引起一定的噪声,噪声电压的大小与电流变换率成正比,通常可以由下式计算:,dI driverV Lnoise L m dtm=由于感应噪声正比于信号的变化率,互感在高速数字电路的应用中显得尤为重要。

互容是引起串扰的另外一个重要因素,互容是两导体间简单的电场耦合,这种耦合在电路模型中以互容的形式表现出来。

互容Cm将产生一个与侵略线上电压变换率成正比的噪声电流到受害线:,dV driverI Cnoise C m dtm=同样可以看到:感应噪声也是正比于信号的变化率,因此互容在高速数字应用中也是非常重要的。

需要说明的是,上式只是简易的近似公式用于阐述耦合噪声的机理。

完整的串扰表达式将在后面给出。

在一个系统中,如果传输线之间发生了严重的耦合,那么通常使用的单根传输线模型就不再适合分析传输线的电气特征,在这种多导线系统中,我们必须考虑互感和互容来全面评估传输线的电气性能。

等式5-3和5-4描述了反映寄生耦合效应影响传输线系统性能的典型方法。

电感矩阵和电容矩阵被通称为传输线矩阵。

1112121221L L L N L L Inductance matrix L L N NN ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦这里,L NN 表示线N 的自感,L MN 表示线M 和N 之间的互感。

1112121221C C C N C C Capacitance matrix C C N NN ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦在这里,C NN 是指传输线N 上的寄生电容。

它包括导线N 自身的对地电容及和其它传输线的互容之和。

C MN 就是传输线N 和传输线M 之间的互容。

由上节讨论可知,对于两根耦合的传输线,电容C 矩阵和电感L 矩阵是简单的2×2矩阵。

非对角线上的元素分别表示了互容和互感的值。

假设有两根50Ω的传输线,具有相同的耦合分布。

同时,在线的两端接上等于其特性阻抗50Ω的端接,这样可以消除反射带来的各种影响。

等效的电路模型如图5-5所示。

图5-5 一对紧耦合传输线和采用n段集总参数电路的等效电路模型当信号沿着作用线传播时,在作用线和静止线间有互容和互感,这是噪声电流从作用线流向静止线的唯一路径。

而只在特定的区域,即dV/dt或dI/dt,耦合噪声才会流向静止线。

在电压和电流恒定的区域,没有耦合噪声电流。

如图5-6所示,信号的前沿近似为线性斜率,上升时间为RT,噪声近似与V/RT和I/RT成正比。

图5-6 从作用线流向静止线的耦合噪声只在电压或电流变化的区域在任一时刻,流过互容的总电流为:dV=I Cc m dt其中,V为信号的电压;Cm为信号上升时间段内耦合的互容=⨯∆=⨯⨯C C x C v RTm mL mL其中,C mL为单位长度的互容;v是信号传播的速率;RT为信号的上升时间同时,注入到静止线上的瞬时容性耦合电流总量为:V=⨯⨯⨯=⨯⨯I C v RT C v Vc mL mLRT从作用线流入静止线的容性耦合电流只在作用线上信号的边沿处发生。

但是,通过式(5-7)可知,耦合噪声电流总量与上升时间无关。

而根据式(5-5),上升时间越快,则变化率dV/dt越大,所以可能认为容性耦合电流也越大。

但是,上升时间越快,dV/dt的耦合线区域越短,并且用来耦合的电容就越小。

因此,容性耦合电流只与单位长度的互容有关。

按照相同的分析,互感感应到静止线上的瞬时电压为:dI I==⨯⨯⨯=⨯⨯V L L v RT L v IL m mL mLdt RT其中,L mL为单位长度的互感;I为作用线上的信号电流同样可见,只在作用线上电压发生变化的地方,才有感性耦合噪声耦合到静止线上。

静止线上产生电压噪声的值与信号的上升时间无关,只取决于单位长度的互感。

静止线上的耦合噪声有四个重要的特性:1.瞬时耦合电压噪声值和电流噪声值依赖于信号的强度。

信号强度越大,瞬时耦合噪声值就越大。

2.瞬时耦合电压噪声值和电流噪声值依赖于单位长度互容和单位长度互感为度量的单位长度耦合量。

当导线间的间距减小,单位长度耦合增加,则瞬时耦合噪声也会增加。

3.速率越快,瞬时耦合的总电流越大。

这是由于速率越快,上升时间的空间延展(spatial extent)就越长,在任一时刻发生耦合的区域也越长。

信号的速率越大,电流流经的耦合长度增加,静止线上电流的密度保持不变。

4.信号的上升时间不会影响总的瞬时耦合噪声电流或电压。

上升时间越短,将会使单个互容和互感元件的耦合噪声增加。

并且上升时间越短,信号沿的空间延展也越短,在任一时刻发生耦合的总互感和总互容也越小。

前面已经阐述过了,串扰是由于临近两导体之间的互容和互感所引起的。

因而在临近传输线上引起的感应噪声的大小和他们之间的互感和互容大小都有关系。

例如,如果一信号进入传输线1(如图5-7),由于互感Lm和互容Cm的作用,将在传输线2上产生一电流。

由互容引起的电流分别向受侵害线的两个方向流动,而由互感引起的电流从受侵害线的远端流向近端,这是因为互感产生的电流总是与侵害线中的电流相反。

所以,从受侵害线近端到远端的串扰电流由很多部分组成(见图5-7)。

图5-7 互容互感引起的串扰电流示意图=+I I L I C()()near m near m()()I I C I L=-far far m m 受侵害线上近端和远端串扰噪声的波形可以从图5-8看出,当一个数字脉冲进入传输线,它的上升沿和下降沿将不断地在受侵害线上感应出噪声,在这里的讨论中,我们假设信号上升沿或者下降沿的变化速度非常快,远远小于传输线延迟。

则根据前面的描述,一部分串扰噪声将传向近端,另一部分将传向远端,也就是我们所定义的近端串扰脉冲和远端串扰脉冲。

如图5-8,远端串扰脉冲将和侵害线上的信号同步流向终端,而近端串扰脉冲将起始于侵害线上信号变化沿出现时刻,并流向近端。

这样,当驱动线上的信号变化沿在时间t=TD(这里TD是信号在传输线上的延迟时间)到达传输线远端时,如果远端存在匹配,那么,侵害信号和远端串扰将在远端被匹配消除。

同时,侵害信号的变化沿在被终端匹配消除前产生的最后一部分近端串扰信号将在t=2TD时才到达近端,这是因为,这部分信号又要经过整条传输线才能被传回近端。

所以,对于一对被终端匹配好的传输线来说,近端串扰起始于t=0并且持2TD的时间,或者说两倍于传输线的电气长度。

相反,受侵害线远端接收到的远端串扰起始于TD,持续时间为数字信号的上升或者下降时间。

图5-8 串扰噪声示意图串扰噪声的大小和形状很大程度上取决于耦合的大小与端接的情况。

图5-9给出的等式和插图详细地描述了一条安静的受侵害线上由于串扰而得到的最大电压的状况。

这里假设了受侵害线上存在多种端接策略,驱动线上也使用了端接来消除反射,使问题简化。

这些等式主要是用来估计串扰的幅度,并使读者了解特殊的端接策略对噪声幅度的影响。

当图5-17中所示的拓扑结构变得更加复杂时,则必须采用类似SPICE的工具来进行仿真。

图5-9 各种匹配情况下的串扰反射示意图图5-9中假设了信号在传输线上的传输时间为两倍上升时间:TD = 在这里,X 是指传输线长度,L 和C 是指单位长度传输线本身的电感和电容,注意:如果2T X r >串扰将不能到达其最大振幅,为了正确计算2T X r >近端串扰只须乘以2X T r 即可,而远端串扰不会因为长度变化而改变。

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