是德科技的PathWave ADS仿真软件,可以轻松仿真PCB串扰,加速产品开发流程
串扰是一种失真,主要来自与数据码型无关的幅度干扰。由于耦合效应,一个干净的信号(我们称为“受扰信号”)可能受到“干扰”信号的串扰影响。干扰信号会使得受扰信号发生变形,并让受扰信号的眼图闭合。工程师希望信号是串扰极小或完全没有串扰的干净信号,如此才能获得张开的眼图,并进行准确无误的数据传输。如果受扰信号中存在串扰,那么这种干扰会导致眼图闭合,从而使得设计裕量变得很小甚至测量结果错误(如下图)。串扰还会降低受扰信号的垂直幅度和水平抖动性能,导致通信链路中的互操作性问题愈发严重。

串扰是怎么产生的?
随着技术的飞速发展,电子产品的而尺寸越来越小,数据的传输速度却越来越高。普通消费类电子产品的PCB电路板很多至少是四层、六层甚至更多层。当信号沿传输线传播时,信号路径和返回路径之间将产生电力线,围绕在信号路径周围就会产生非常丰富的电磁场。这些延伸出去的场也称为边缘场,边缘场将会通过互容与互感转化为另一条传输线上的能量。而串扰的本质,其实就是传输线之间的互容与互感。
串扰可以分成两部分,一部分与信号传输方向相同,传至接收端方向,我们把它叫做远端串扰或者前向串扰。另一部分与信号传输方向相反,传至发送端方向,我们把它叫做近端串扰或者后向串扰。
近端串扰和远端串扰是由传输线的物理结构而决定的,显然在信号的传递过程中近端会首先受到干扰,并且持续的时间比较长,达到传输线的2倍;远端串扰需要经过一段传输线的延时之后才会受到干扰。下图是我们通过仿真获得的近端串扰和远端串扰的波形图。

数据中心利用发射系统和接收系统之间的通道,可以准确有效地传递有价值的信 息。如果通道性能不佳,就可能会导致信号完整性问题,并且影响所传数据的 正确解读。因此,在开发通道设备和互连产品时,确保高度的信号完整性非常关键。测试、识别和解决导致设备信号完整性问题的根源,就成了工程师面临的巨大挑战。本文介绍了一些仿真和测量建议,旨在帮助您设计出具有优异信号完整 性的设备。 中央处理器(CPU)可将信息发送到发光二极管显示器,它是一个典型的数字通信通道示例。该通道 — CPU与显示器之间的所有介质 — 包括互连设备,例如显卡、线缆和板载视频处理器。每台设备以及它们在通道中的连接都会干扰 CPU 的数据传输。 信号完整性问题可能包括串扰、时延、振铃和电磁干扰。尽早解决信号完整性问题,可以让您开发出可靠性更高的高性能的产品,也有助于降低成本。
串扰与哪些因素有关?
影响串扰的设计因素主要有以下几个方面:
线间距:信号路径之间的距离越近,串扰越明显,随着线间距的增大,无论是近端还是远端串扰都将减小,当线间距大于等于线宽的3倍时串扰已经很小。三倍线宽是工程师们信心的来源,在三倍线宽条件下,串扰基本可以忽略。
信号变化程度:信号瞬间变化会带来明显磁场效应。信号的上升沿/下降沿越陡峭,串扰越明显。
介质层厚度:这里的介质厚度是指信号到参考层距离。介质层厚度的变化会导致串扰的变化。一般情况下,介质层厚度越小,串扰越小。
如何减小串扰?
从串扰的概念就可以看出,不管怎么样,串扰是无法消除的。综上所述,我们可以看到串扰不仅会引入噪声,还会影响到信号时序。所以很多工程师在进行高速电路设计时,都会非常重视对串扰问题的处理。
结合是德科技案例对比以及一些工程经验,我們对于如何减少串扰可以给出一些基本结论:
• 尽量减短传输线之间的耦合长度,尽量保证在耦合饱和长度之内。
• 尽量增加传输线之间的耦合距离,能保证3H(H表示传输线到参考层的距离)的规则更好。
• 在满足信号完整性的前提下,尽量使信号的边沿时间不要过于陡峭,减缓上升的速度。
• 在PCB设计中,对于耦合长度比较长的高速传输线,尽量布到内层的带状线层,可以大大地减少远端串扰。当耦合距离比较短时,可以布线到微带线层,这样可以减少过孔带来的影响。
• 在满足工艺要求的情况下,信号层尽量靠近参考层。
• 在PCB设计中,当相邻层都是信号层时,布线尽量避免相邻层平行布线。最好做到垂直布线,使串扰最小化。
• 尽量要满足传输链路的阻抗匹配。
• 在空间足够大的情况下,可以考虑给高速信号线加屏蔽地,屏蔽地上要有适当的地孔。
• 高速传输线尽量不要布到PCB板的边缘,最好保证达到信号到参考层的距离的20H以上。
是德科技的PathWave ADS仿真软件,可以轻松仿真PCB串扰,结合是德科技的网络分析仪和PLTS软件进行串扰的测试,可以完成从概念设计、仿真、原型机设计、验证到生产制造和部署的全流程管理,从而加速产品开发流程。
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