平行传输线间串扰的耦合分析

平行传输线间串扰的耦合分析

吴聪达路宏敏陈常杰肖壮

（西安电子科技大学，西安，710071）

摘要：串扰是通过两平行传输线之间的容性耦合和感性耦合而产生的。本文对平行传输线之间的容性耦合和感性耦合建立等效电路模型，并进行仿真和总结。

关键字： 串扰； 容性耦合； 感性耦合

Coupling Analysis on Crosstalk Between Two Parallel

Transmission Lines

Wu congda,Lu hongmin,Cheng changjie,Xiaozhuang

(Xidian University,xi’an city,710071)

Abstract：Crosstalk is induced by capacitive coupling and inductive coupling between two parallel transmission lines. This text set up equivalent circuit model of capacitive coupling and inductive coupling between two parallel transmission lines, with simulation and summarization.

Keywords: crosstalk；capacitive coupling；inductive coupling

1 引言

随着微电子技术和I T产业的发展，速度已成为许多系统设计中最重要的因素。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。本文采用容性耦合和感性耦合的电路模型，分析了传输线间的串扰响应并指出了在减少P C B传输线间的串扰应采取的技术措施。

2 串扰理论分析

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，电磁耦合又可分为容性耦合和感性耦合两种。因此，当信号在通过一导体传输线时会通过两种方式将能量耦合到相邻的传输线导体上，即容性耦合与感性耦合。

2.1容性耦合

容性耦合是由于干扰传输线（Aggressor Line）上的电压变化通过它与被干扰传输线（Victim Line）之间的互容将能量耦合到被干扰传输线上，从而导致的电磁干扰。容性耦合模型如图1所示。

作者简介：吴聪达，男，浙江人，生于1980年11月，在西安电子科技大学电子工程专业取得学士学位，现为西安电子科技大学生物医学工程专业硕士研究生。

图1. 容性耦合的等效模型

在两条平行的传输线中截取一小段△x ，两传输线之间的单位长度互容为c m 。当一电压为v s 的激励信号通过干扰传输线的源端传向负载端时，被干扰传输线上将产生前向耦合电压v f 和后向耦合电

压v b ，它们与激励信号电压v s 之间的关系式为：dt

dv x c Z v Z v s m o f o b D =+，在这里应用基尔霍夫定律，可以得出前向电压等于后向电压，其表达式为，dt

dv x c Z v v s m o b f D ==21。 前向电压产生的脉冲传向被干扰传输线的远端，后向电压产生的脉冲传向被干扰传输线的近端。设两平行传输线长度为d ，则被干绕传输选远端所积累的干扰电压v FE 为dt dv d c Z v s m o FE 21=

。它的脉冲宽度近似的等于信号的上升沿宽度。

2.2 感性耦合

感性耦合则是由于干扰传输线上的电流变化产生的磁场在被干扰传输线上引起感应电压从而导致的电磁干扰。感性耦合的等效电路模型如图3所示。相对容性耦合而言，感性耦合的前向电压和后向电压极性是相反的，即f b v v -=，因此它们之间的关系表达式可表示为 f s b v dt

di x m v +D =。由于o s s z v i =，因此前向电压和后向电压的表达式分别为dt dv x Z m v s o b D =21，dt

dv x Z m v s o f D =21。

图2. 感性耦合的等效电路模型

干扰信号在上升沿时间通过感性耦合将在被干扰传输线上产生一个正的后向电压和一个负的前向电压。如图4所示，感性在电压的宽度和幅度变化这点上和容性耦合相似。所以远端脉冲电压dt dv d Z m v s o FE 21-=，近端脉冲电压为o NE v l

m v 41=。 3 仿真与结论 在通常情况下，容性耦合和感性耦合都是同时发生的，因此远端的串扰可以表示为：dt

dv Z m c Z d v s o m o FE ÷÷øöççèæ-=21。由于容性耦合和感性耦合对远端产生的串扰极性相反，因此可以互相抵消掉一部分的串扰。当满足m c m =时，远端串扰就可以全部抵消。近端串扰系数为

÷ø

öçèæ+=l m c c K m NE 41，因此近端串扰是无法相互抵消的，所以近端串扰总是存在。 而对于非理想地平面或微带传输线，由于感性耦合的影响要大于容性耦合，从而使得远端串扰极性为负、幅值变大。在电路板中过大的远端串扰幅值会引起数字电路的误触发，导致系统时序的混乱。这里应用信号完整性分析工具h y p e r l y n x ，对高速电路板上的带状线的远端串扰进行分析。

仿真模型为6层电路板中的内层信号层，两条平行带状线宽6mils ，间距为8mils ，耦合距离为12inchs 。红色曲线代表干扰传输线上的一上升沿电压波形，蓝色为被干扰传输线的串扰幅值。被干扰传输线上的串扰峰值达到了668mV ，如果期望的串扰峰值不超过200mV 的话，显然这样的布局无法满足系统的要求，必须进行必要的改进。