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1、高速电路与系统互连设计中信号完整性(SI)分析(之1314十：传输线的串扰),李玉山,西安电子科技大学电路CAD研究所,高建电路与系统互廷彷计中信号宁整性(SI)分析(之1314十:传输线的串扰)李色山西安电孔科技大学电路CAD研究所10:0-引言串扰是四类信号完整性问题之一,它是指有害信号从一个网络转移到相邻网络。任何一对网络之间都存在串扰。提承“串技是场生在一个网络的信号路往及遂回路往和另一个网络的信号路识及遍固路往之间的一租放应。不仅他史是信号路径,它与莹个信号一逼回路径回路都密幼相关、图10.1给出了在导线的桅一旁边有一条传输3.3Y信号的攻击线时,静态线接收器所接收到的噪声。在这个例
2、子中,接收器接收到的噪声大于300mVy。一a园3FIZ3IZ3TYoltage,mV一一电压,nyTime,ns时间,nsaggressorsignal一“攻击信号nosieonquiet1ine一“静态线上的噩声图10.1当两边任何一边有一条攻击线时,在静态线上仿真出的串扰其中线条为FR4具有源端串联端接508Q的徽带线,线宽和间隔鄂为10mil。此图由MentorGraphics仿真10.1噪声的线性可叠加性叠加是所有线性无源系统(互连是它的子集)的一个性质。从动态网络上耦合到静态网络上的总电压与静态网络上原有的电压完全无关。假设当静态线上的电压为0V时,3.3V的驱动器在静态线上产生的
3、噪声为150my、那么当静态线电压为3.3V时,所产生的噪声部分仍然是150mVy.静态线上的总电压为原有信号电压和耦合噪声电压之和。如果有两个动态网络将噪音耦合到同一静态线上,则静态线上的总噪声就是这两个噪声之和。注意,这里讨论的具有加性噪声的特点。再者,将无源的“地线“看作是不变的零电位,这本身就是误引导。所以,本书说切勿滥用“地“这一术语.作为返回路径的“地“,其电平也是直流的零和交流的各式电平的线性叠加!一旦静态线上出现噪声,此噪声就和信号一样.受到的阻抗相同,反射也是分析串扰的环节之一。如果静态线的每一边都有一条动态线,则每一对线之间的最大可容许噪声为1/2X5%一2.%。对于总线结
4、构,所有的攻击线都耦合到静态线,合成一个最坏情况10.2耦合途径:电容和电感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;围绕在信号路径和返回路径周围也有磁力线园这些场并不是被封闭在信号路径和返回路径之间的空间内。相反,它们会延伸到周围的空间。我们把这些延伸出去的场称为边缘场(本质上,场和路是一样的)。提承FR4中0微带线的迅综场应生的电容,大约茵于那些真接在信号线下方的电力线所产生的电宪,这是个经验法则当然,距离导线越远的地方,边缘场就迅速下降图10.2给出了信号路径和返回路径之间的边缘场以及当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10.2信号线周围的边缘场。当一
5、条导线相距较远时,边缘场耦合和串扰非常小。当这条导线在边缘场附近时,产生的耦合和串扰就很大若返回路径不是很宽的均匀平面,而是封装中的单个引线或接插件中的单个引脚时,互容变小、互感变大。虽然依然存在容性耦合和感性耦合,但这种情况下的感性耦合电流将远大于容性耦合电流。静态线上的噪声是动态网络上di/dt驱动的,通常在驱动器开关时即信号的上升边和下降边处发生。这就是串扰开关噪声(或日,惠性串扰)。这两种极端情况需要分开考虑。10.3传输线近端串扰和远端串扰用图10.3所示结构测量串扰。信号从传输线的一端输入,远端端接是为了消除末端反射而简化问题的研究。噱声电压在相邻的静态线两端测量。静态线的两端接到高速示波器的输入通道,这样使静态线得到有效端接10.4给出了相邻静态线两端测得的噪声电压。此例中,两条50Q微带传输线大约4in长,二者间距与线宽相等。每条线的两端都有50Q端接电阻,反射忽略不计。ss动态线Quietline薛态线farend远端nearend近端图10.3用来测量动态网络和静态网络之间串扰的结构,其中在静态线的远端和近端观察串扰里以CniminirrnizminiritnirrirrmiaActivelineVoltage,mV一一电压,Tine,ns时间,ns图10.4当动态线由200m7、上升时间为50ps的信号驱动时,在静态线上测得的噪声(红色:近端;蓝色:远端)
