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串扰入门与进阶
全球最大的高速PCB设计中心 | 国内首家SMT快件厂商 PCB设计 PCB制板 SMT加工 物料代购 www.edadoc.com
CONTENTS
目录
1
2
3
4
5
电磁场的世界观
避免串扰的方法论
方法论的升维
升维后的进阶
总结陈词
全球最大的高速PCB设计中心 | 国内首家SMT快件厂商 PCB设计 PCB制板 SMT加工 物料代购 www.edadoc.com
电磁场的世界观
1
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电磁波的传播
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电磁波的传播
C L
Z GR
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一切皆可回流
“地”
其他信号
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自感?互感?有效电感?
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如何“分赃”的?
电阻越小 分到能量越多
电容越大 分到能量越多
互感越大 分到能量越多
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• Be the signal
• 哪里阻抗小去哪里!
• 哪里电容大待哪里!
• 哪边互感大往哪边倒!
以上,是信号的世界观
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他们的电容大小是如何的?
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避免串扰的方法论
2
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• 增加信号路径与回流路径之间的耦合。
• 减小信号路径与其他路径之间的耦合。
电容与互感矩阵
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• 首先缩小研究变量。让S=W。
• 减小信号与平面之间的距离。
• 耦合到相邻走线上的能量明显变小。
• 但减小了平面之间的距离H,阻抗变小。
• 要想保持阻抗还是50欧姆,通过减小W,同时S也就减小了,串扰加大。
减小走线与参考平面之间的距离
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• 使用较小的介电常数的板材。
• 介电常数较小的材料通常较贵。
为了保持阻抗不变我们还可以···
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• 减小铜厚。
• 损耗加大。
• 较低的介电常数,较薄的铜厚意味着线宽较宽。
• 真正稀缺的资源是整板的布线空间。
为了保持阻抗不变我们还可以···
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电容与间距
H
AC 0
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串扰的估值
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• 最有效减小串扰的方式是增加走线之间的间距。
• 有足够的空间,遵守3H/3W定律。
• 层叠设计可使信号路径与回路平面紧耦合。走线细一些,留出足够的空间规避串扰。适合DDR这种速率不是特别高的并行信号。
如何设计
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方法论的升维
3
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容性耦合与感性耦合
Zs
Zo
Zo
Zo
Zs
Zo
Zo
Zo
ICm Lm
near
far
near
far
ILm
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• 电容
• 电感
• 传向近端的NEXT为容性耦合+感性耦合
• 传向远端的FEXT为容性耦合-感性耦合
计算方法
dt
dILV mLm
dt
dVCI mCm
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近端串扰与远端串扰
TD
2TD
~Tr
~Tr
far end
crosstalk
Near end
crosstalk
Zo
V
Time = 2TD
Zo Near end current
terminated at T=2TD
V
Time = 0
Zo
Near end crosstalk pulse at T=0 (Inear)
Far end crosstalk pulse at T=0 (Ifar)
Zo
Zo
V
Time= 1/2 TD
Zo
V
Time= TD
Zo Far end of current
terminated at T=TD
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耦合长度与上升时间
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饱和长度
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远端串扰的饱和
W=6mil,S=6mil,V=2V,RT=0.1ns,D=1-20in
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远端串扰的饱和
W=6mil,S=6mil,V=1V,RT=0.1ns,D=1-20in
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远端串扰的饱和
W=6mil,S=12mil,V=2V,RT=0.1ns ,D=1-20in
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远端串扰的饱和
W=6mil,S=6mil,V=2V,RT=0.2ns ,D=1-20in
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相邻层串扰
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• 理想带状线没有远端串扰,所以高速串行总线要求TX与RX分开,保证串扰不会传向接收端。
• 串扰是有饱和时间的,减少耦合长度同样能减少串扰。即使只是在有空间的地方拉开。
• 要尽量避免长距离平行的微带线。
• 相邻层走线的串扰相对同层之间更大,需要避免。
如何设计
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升维后的进阶
4
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世界观下的跨分割
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跨分割怎么办?
• 避免跨分割
• 减少跨分割的距离,非高压电源平面之间10-20mil以内即可。
• 靠近有完整参考的平面,远离分割平面。同样是3H原则。
• 差分线传输的是自身的信号+另一根信号对自己的远端串扰,可以抵御跨分割的影响。
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串扰与反射 W=6mil,S=6mil,V=2V,RT=0.1ns,D=7in,攻击线终端10Mohms,源端电阻匹配
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并行信号的实际情况是···
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包地
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包地
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包地
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• 线宽为9,线间距为27,线长2400mil
• 线宽为9,线间距为27,加入地线,不打孔
• 线宽为9,线间距为27,加入地线,一端打孔
• 线宽为9,线间距为27,加入地线,两端打孔
• 线宽为9,线间距为27,加入地线,打7个孔
• 线宽为9,线间距为27,两边包地,打7个孔
• 线宽为9,线间距为27,加入地线,打25个孔
我们做了这些微带线DUT
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反射线长为2400mil
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反射线长为400mil
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反射线长为100mil
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如果DUT换成带状线
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反射波长为100mil
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反射波长为400mil
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反射波长为2400mil
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总结陈词
5
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• 拉开间距是最有效的避免串扰的方式。
• 在不考虑损耗的情况下,加大信号与其回流路径之间的耦合。
• 跨分割会引起严重的串扰,EMC问题,需要注意。
• 阻抗匹配能有效的减小串扰。
• 包地需谨慎,数字信号不建议包地。
总结
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