信号完整性分析PPT

态线上测得的噪声(红色：近端；蓝色：远端)

为了区分两个末端，把距离源端最近的一端称为“近端”， 离源端最远的一端称为“远端”。
把这个恒定的近端噪声饱和量称为近端串扰(或 NEXT， Near End X-Talk)系数。
在上面的例子中，入射信号为 200mV，NEXT 大约是 13mV， 约为入射信号的 6.5%。
两条线的理想分布式耦合传输线模型被描述成一个差 分对。那些有集成的二维场求解器的引擎，都使用这种模 型(此处略)。
另一个不同的、广泛应用于描述耦合的模型作为本章的 侧重点，是运用 n 节集总电路模型来近似。在这种模型中， 两条传输线都用 n 节集总电路模型来描述，它们之间的耦 合用互容和互感元件来描述，其中一段的等效电路模型如 图 10.5 所示。
图 10.1 给出了在导线的某一旁边有一条传输 3.3V 信号 的攻击线时，静态线接收器所接收到的噪声。在这个例子 中，接收器接收到的噪声大于 300mV。
Voltage, mV ── 电压，mV
Time ,ns ── 时间，ns
aggressor signal─ 攻击信号 nosie on quiet line─ 静态线上的噪声
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。噪 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。
图 10.4 给出了相邻静态线两端测得的噪声电压。此例 中，两条 50Ω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 50Ω端接电阻，反射忽略不计。
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 1/2×5％＝2.5%。对于总线结构，所 有的攻击线都耦合到静态线，合成一个最坏情况。
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(或曰，感性串扰)。
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圈。 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)。
提示 FR4 中 50Ω微带线的边缘场产生的电容，大约等于那些直接在信号线下方 的电力线所产生的电容，这是个经验法则
在信号开始一段时间后才会有远端噪声，出现非常迅速， 持续时间很短。脉冲的宽度就是信号的上升时间，峰值电压 称为远端串扰(或 FEXT，Far End X-Talk)系数。
在上面的例子中，FEXT 电压值大约是 60mV，与输入信号 电压 200mV 相比，FEXT 为信号的 30%。这是一个很大的噪声， 所以要警惕远端串扰。
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 50Ω的微带线，线宽和间隔都
为 10 mil。此图由 Mentor Graphics 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。
高速电路与系统互连设计中 信号完整性(SI)分析
(之13~14[十]：传输线的串扰)
李玉山
西安电子科技大学电路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。
提示 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。不仅仅只是信号路径，它与整个信号－返回路径回路都 密切相关。
Active line ── 动态线
Quiet line ── 静态线
far end ── 远端
near end ── 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
Voltage, mV ── 电压，mV
Time ,ns ── 时间，ns
图 10.4 当动态线由 200mV、上升时间为 50ps 的信号驱动时，在静
如果端接不匹配，反射将影响噪声的幅度，这时，虽然 我们仍提及远端串扰，但其幅度不能再称为 FEXT，因为该 系数是在端接匹配的特殊情况下测得的。
提示 有三个因素可以减小 FEXT：减小耦合长度(累积↓)、拉长上升时间(di/dt ↓)，加大线条间的距离(L↓)。
10.4 串扰模型
描述串扰运用耦合线的等效电路模型。在预测电压波形 时，这个模型使得仿真可以考虑到具体的几何结构和端接 情况。通常使用两个不同的模型来模拟传输线上的耦合。
假设当静态线上的电压为 0V 时，3.3V 的驱动器在静态 线上产生的噪声为 150mV。那么当静态线电压为 3.3V 时， 所产生的噪声部分仍然是 150mV。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。