【導(dǎo)讀】串?dāng)_在電路板設(shè)計(jì)中無(wú)可避免，如何減少串?dāng)_就變得尤其重要。在前面的一些文章中給大家介紹了很多減少串?dāng)_和仿真串?dāng)_的方法。本文作者從松緊耦合影響串?dāng)_的角度進(jìn)行了分析。在國(guó)外的論壇上也有類型相關(guān)的文章。雖然最后的結(jié)論不是大家最想要的，但是這也驗(yàn)證了信號(hào)完整性界的名言：
It depends.
串?dāng)_的根本原因是信號(hào)和返回路徑的邊緣電場(chǎng)和磁場(chǎng)從一條傳輸線耦合到另一條傳輸線。圖1為兩個(gè)微帶線的邊緣電場(chǎng)線。
圖1 兩條微帶線的邊緣電場(chǎng)線
電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的耦合再加上干擾線上的信號(hào)傳輸方向?qū)κ芎€造成不同類型的串?dāng)_，沿著受害線向前或者向后傳輸，相應(yīng)的產(chǎn)生近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_。從電路的角度看，近端串?dāng)_噪聲就是容性和感性的耦合噪聲。干擾線與受害線之間的邊緣耦合越小，串?dāng)_越小。邊緣場(chǎng)會(huì)隨著兩條傳輸線間距離的增加大幅下降，所以要減小耦合，第一步就是增加傳輸線之間的距離。
但是同樣重要的是要將相鄰返回平面距離信號(hào)線靠近些，這樣邊緣場(chǎng)不會(huì)有太多分散出去。對(duì)于相同的線間距，距離返回平面近些，串?dāng)_就會(huì)小些，當(dāng)然這也會(huì)造成較低的特性阻抗。如果你很在意串?dāng)_，用各種辦法來(lái)減小它，前提你要忍受較低的阻抗。
在差分對(duì)中，通道與通道間的串?dāng)_主要由差分對(duì)相鄰線間的耦合造成的。圖2為兩對(duì)差分線間的邊緣場(chǎng)線。
圖2 相鄰?fù)ǖ篱g都邊緣場(chǎng)線（兩對(duì)差分對(duì)）
在差分對(duì)中，p和n之間耦合最緊密，差分對(duì)1和差分對(duì)2之間的大部分耦合都是來(lái)自相鄰線n1和p2之間的耦合。n1和n2之間的耦合比n1和p2之間耦合的10%還小。然而如果我們使用緊耦合差分對(duì)，從n1到p2和n2的場(chǎng)線就會(huì)少一些，但是這并不是完整的圖。
如果加上限制條件，傳輸線差分阻抗為100 ohm，線寬為5mil，在緊耦合或松耦合或沒(méi)有耦合之間，對(duì)于相同的邊沿間距，出現(xiàn)了不同的現(xiàn)象。為了使差分阻抗維持在100 ohm，線寬為5mil，唯一的辦法就是改變信號(hào)與平面之間的介質(zhì)層厚度。
如果開(kāi)始用100ohm緊耦合的帶狀線差分對(duì)，增加線間距的過(guò)程中，線間耦合逐漸減小，為保持差分阻抗不變，介質(zhì)層厚度就要減小，增加線和平面間的耦合來(lái)保持阻抗不變，平面就會(huì)距離信號(hào)線比較近。這時(shí)，邊緣場(chǎng)線會(huì)更多的分布在干擾線附近，n1到p2之間的串?dāng)_也會(huì)減小。
下邊保持差分阻抗為100ohm，線寬不變，當(dāng)p到n間的間距增大，平面間距減小，通道與通道的相鄰線之間串?dāng)_就會(huì)減少。在n1到p2和n2上串?dāng)_噪聲減小的微小差異完全被n1和p2之間較小的耦合所掩蓋。
圖3顯示了三種結(jié)構(gòu)，分別為緊耦合，松耦合，沒(méi)有耦合的情況，均為100ohm的差分阻抗，5mil線寬。在平面間距較大的情況下，在兩個(gè)緊耦合的差分對(duì)中n1的邊緣場(chǎng)，比松耦合差分對(duì)中的范圍大。
圖3三種情況下的耦合，差分阻抗均為100ohm，線寬為5mil
圖4顯示了差分通道之間的近端噪聲隨著通道邊緣距離增大的變化。對(duì)于相同的邊沿間距，緊耦合要比松耦合的串?dāng)_大2倍多。在板子上使用緊耦合的差分對(duì)并不是為了達(dá)到較低串?dāng)_或者是較低的EMI的目的，而是為了使密度高和成本低。
圖4 通道間的最大近端串?dāng)_隨間距增大而改變，100ohm，5mil線寬的差分對(duì)
考慮到同一差分阻抗，同一線寬的限制，松耦合差分對(duì)的串?dāng)_一般都較小。
上述都是有相鄰平面層的情況，這個(gè)平面會(huì)影響差分阻抗和邊緣場(chǎng)線輻射的范圍。傳輸線可以是微帶線，也可以是帶狀線。
然而，沒(méi)有相鄰的返回平面時(shí)，差分對(duì)邊緣場(chǎng)線的范圍很大一部分會(huì)取決于線間耦合。緊耦合會(huì)把邊緣場(chǎng)線輻射限制在附近，不會(huì)對(duì)相鄰?fù)ǖ喇a(chǎn)生較大的串?dāng)_。這也是連接器、雙絞線、過(guò)孔甚至是一些引線封裝上常見(jiàn)的情況。
結(jié)論：通過(guò)上邊的分析，為了減小串?dāng)_到底是需要緊耦合還是松耦合，要根據(jù)實(shí)際情況而定了。
推薦閱讀：
