信号完整性基础-串扰

01

**概述**

串扰：即两条信号线之间的耦合引起的线上噪声干扰。之前的文章咱们说过，传输线可以等效为一段段RLC模型。走线上存在电感，当走线上流过电流，就会产生磁场，磁场在临近导体耦合，又会产生感应电动势，从而产生感应电流。另外，两导体间还会形成等效电容，当电压变化时就会有电流耦合到临近导体。

为了降低串扰带来的影响，走线上通常要满足3W原则，即两根平行走线中心间距保持3倍线宽（一般要求串扰值在信号的5%以内）。

首先通过如下这个实验，带大家直观地认识串扰：

图1、2 ADS仿真：串扰--3W线距验证

02

**串扰影响因素**

影响串扰的因素有平行走线长度、边沿时间、介质、线间距、阻抗和反射等，下面将通过一列仿真实验直观地介绍其影响。

（1）对于有较长平行走线的区域，如果反射与串扰不能兼顾时，优先考虑串扰的影响。相同走线长度下，串扰带来的插损影响要比阻抗不匹配大的多。

图3、4 ADS仿真：串扰和反射的影响对比

（2）在串扰到达饱和之前，增加平行走线长度会导致远端串扰幅度增加。

图5、6 ADS仿真：不同长度平行走线下的串扰幅度对比（2W线宽）

（3）边沿越陡，串扰幅度越大。

图7、8 ADS仿真：信号边沿对串扰幅度的影响

（4）信号层距离参考层越近，传输线和参考层耦合越紧密，临近线串扰越小。

图9、10 ADS仿真：到参考层的距离不同对串扰的影响

（5）如果线路中存在反射，反射的信号也会引起串扰。因此我们需要保证信号线阻抗的连续性，避免多次反射造成串扰的叠加。

图11、12 ADS仿真：阻抗不匹配增加串扰的影响

（6）两根平行走线阻抗越小，串扰也越小。

图13、14 ADS仿真：走线阻抗对串扰的影响

（8）信号线间距越大，串扰越小。概述中已演示案例，此处不在赘述仿真实验了。

03

**近端串扰和远端串扰**

串扰值测量通常在受害线的两端，靠近源端的为近端（后向串扰），反之为远端（前向串扰）。

容性耦合的能量会向远端与近端传输，感性耦合则只朝着信号相反方向流动。因此，近端串扰的能量为容性与感性耦合之和（Ic+IL），而远端串扰则为容性与感性耦合之差（Ic-IL）。如下为近端和远端串扰的示意图。

图15、16 近端和远端串扰示意图

（1）信号在向前传播的时候，近端串扰持续产生，方向跳变沿相同，幅度稳定后不变，波形宽度逐渐增加。

图17、18 ADS仿真：不同走线长度的近端串扰

（2）远端串扰随着信号向前传播，不断叠加，幅度逐渐增强（不会无限制增加，有饱和点）。远端串扰的波形宽度等于信号边沿时间。

图19、20 ADS仿真：不同走线长度的远端串扰





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