串?dāng)_與哪些因素有關(guān)？

串?dāng)_與哪些因素有關(guān)？

串?dāng)_是怎么產(chǎn)生的

串?dāng)_可以分成兩部分，一部分與信號(hào)傳輸方向相同，傳至接收端方向，我們把它叫做遠(yuǎn)端串?dāng)_或者前向串?dāng)_。另一部分與信號(hào)傳輸方向相反，傳至發(fā)送端方向，我們把它叫做近端串?dāng)_或者后向串?dāng)_。

近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_波形

串?dāng)_與哪些因素有關(guān)？

知道了串?dāng)_是怎么產(chǎn)生的，我們就可以明白哪些設(shè)計(jì)會(huì)影響串?dāng)_。影響串?dāng)_的設(shè)計(jì)因素主要有以下幾個(gè)方面：

線間距：信號(hào)路徑之間的距離越近，串?dāng)_越明顯，隨著線間距的增大，無(wú)論是近端還是遠(yuǎn)端串?dāng)_都將減小，當(dāng)線間距大于等于線寬的3倍時(shí)串?dāng)_已經(jīng)很小。三倍線寬是工程師們信心的來(lái)源，在三倍線寬條件下，串?dāng)_基本可以忽略。

信號(hào)變化程度：信號(hào)瞬間變化會(huì)帶來(lái)明顯磁場(chǎng)效應(yīng)。信號(hào)的上升沿/下降沿越陡峭，串?dāng)_越明顯。

介質(zhì)層厚度：這里的介質(zhì)厚度是指信號(hào)到參考層距離。介質(zhì)層厚度的變化會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_的變化。一般情況下，介質(zhì)層厚度越小，串?dāng)_越小。

串?dāng)_的指標(biāo)

PCIe5.0近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_定義

下圖是PCIe5.0規(guī)范對(duì)近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_集成串?dāng)_噪聲的計(jì)算公式：

PCIe5.0 ICN計(jì)算公式

下圖是PCIe5.0規(guī)范對(duì)近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的要求：

PCIe5.0 近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的要求

既然串?dāng)_總線中對(duì)串?dāng)_有明確的要求，那么就需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中特意的去優(yōu)化設(shè)計(jì)并減小串?dāng)_。如何減小串?dāng)_有很多現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)法則，但是每一條經(jīng)驗(yàn)法則都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，比如一個(gè)非常小的電子產(chǎn)品，布線設(shè)計(jì)原本就很擁擠，這個(gè)時(shí)候就不能再要求設(shè)計(jì)工程師在布線設(shè)計(jì)時(shí)滿足信號(hào)傳輸線距離其它的傳輸線達(dá)到3H原則（H是指?jìng)鬏斁€到參考層的距離）。一般建議工程師針對(duì)當(dāng)前狀況，結(jié)合規(guī)范和系統(tǒng)的要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真。

在分析串?dāng)_時(shí)，仿真是一種常用的手段。串?dāng)_的仿真又分為定性的仿真分析和定量的仿真分析。定性仿真分析主要是針對(duì)某一個(gè)特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析某一因素或者某幾個(gè)因素對(duì)串?dāng)_大小的影響，分析的是變化的趨勢(shì)。定量仿真分析，就是針對(duì)特定的物理結(jié)構(gòu)、模型以及激勵(lì)源等分析串?dāng)_的大小以及對(duì)受害端的影響。

串?dāng)_仿真簡(jiǎn)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：

串?dāng)_仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

串?dāng)_批量仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

運(yùn)行仿真后獲得遠(yuǎn)端串?dāng)_和近端串?dāng)_的波形曲線，如下圖所示：

左圖為近端串?dāng)_，右圖為遠(yuǎn)端串?dāng)_。

左圖為近端串?dāng)_，右圖為遠(yuǎn)端串?dāng)_。使用微帶線時(shí)，隨著傳輸線的耦合間距增加，不管是近端串?dāng)_還是遠(yuǎn)端串?dāng)_，幅值都在變小。

針對(duì)其它影響的因素，大家可以按照此方式進(jìn)行仿真對(duì)比。

分析PCB的串?dāng)_特性，可以使用電磁場(chǎng)分析軟件，比如SIPro、Momentum或者EMPro獲取S參數(shù)，因?yàn)镾參數(shù)中包含了傳輸線每一個(gè)端口的串?dāng)_信息，通過(guò)S參數(shù)就可以分析到PCB的串?dāng)_大小。

以一對(duì)差分傳輸線為例，如下圖所示，顯然P1 P4為遠(yuǎn)端串?dāng)_，P1 P3為近端串?dāng)_。

PCB傳輸線結(jié)構(gòu)

這個(gè)PCB結(jié)構(gòu)為帶狀線的，仿真后可以獲得一個(gè)4端口的S參數(shù)，串?dāng)_曲線如下圖所示：

串?dāng)_S參數(shù)曲線

從上圖可以看出，遠(yuǎn)端串?dāng)_S（4，1）比較低，近端串?dāng)_S（3，1）稍微比較高一些。這些分析的都是單一攻擊端對(duì)受害線的影響分析。如果需要考慮所有相關(guān)的攻擊線對(duì)受害線的影響，則需要根據(jù)規(guī)范的要求計(jì)算出總的近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_。如下圖所示為近端串?dāng)_總和遠(yuǎn)端串?dāng)_總和曲線：

如果是仿真分析連接器或者線纜之類的產(chǎn)品，則需要使用EMPro進(jìn)行三維電磁場(chǎng)仿真出S參數(shù)，并分析串?dāng)_。

SIPro 仿真串?dāng)_的結(jié)果

在ADS S-Parameter Toolkit中

查看多端口S參數(shù)的串?dāng)_

ICN的仿真

ICN的仿真是后期發(fā)展而來(lái)的一個(gè)指標(biāo)參數(shù)，一般規(guī)范里面定義的都是頻域的指標(biāo)，ICN就是一個(gè)時(shí)域的指標(biāo)。計(jì)算ICN的時(shí)候需要使用到近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的S參數(shù)。仿真的原理圖如下圖所示：

ICN仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如下是ICN仿真計(jì)算的結(jié)果：

ICN_LR1ICN_NX_LR1ICN_FX_LR1

2.7700.6962.681

ICN 結(jié)果

串?dāng)_的測(cè)量？

仿真只是設(shè)計(jì)過(guò)程中減少串?dāng)_的一種手段，在系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，很少單純的對(duì)串?dāng)_進(jìn)行測(cè)試，但是對(duì)于器件，比如PCB、連接器、線纜等就需要測(cè)試串?dāng)_的大小。

串?dāng)_測(cè)試與其它信號(hào)完整性的測(cè)試一樣，測(cè)試分為有源測(cè)試和無(wú)源測(cè)試，一般有源測(cè)試時(shí)會(huì)受很多因素的影響，很難分離出單純的串?dāng)_結(jié)果，所以測(cè)試串?dāng)_時(shí)一般使用4端口或者多端口的網(wǎng)絡(luò)分析儀（可以配置PLTS）測(cè)試獲得S參數(shù)，通過(guò)S參數(shù)分析串?dāng)_特性。如下圖所示：

串?dāng)_測(cè)試和測(cè)試結(jié)果

如何減小串?dāng)_

盡量減短傳輸線之間的耦合長(zhǎng)度，盡量保證在耦合飽和長(zhǎng)度之內(nèi)。

盡量增加傳輸線之間的耦合距離，能保證3H（H表示傳輸線到參考層的距離）的規(guī)則更好。

在滿足信號(hào)完整性的前提下，盡量使信號(hào)的邊沿時(shí)間不要過(guò)于陡峭，減緩上升的速度。

在PCB設(shè)計(jì)中，對(duì)于耦合長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的高速傳輸線，盡量布到內(nèi)層的帶狀線層，可以大大地減少遠(yuǎn)端串?dāng)_。當(dāng)耦合距離比較短時(shí)，可以布線到微帶線層，這樣可以減少過(guò)孔帶來(lái)的影響。

在滿足工藝要求的情況下，信號(hào)層盡量靠近參考層。

在PCB設(shè)計(jì)中，當(dāng)相鄰層都是信號(hào)層時(shí)，布線盡量避免相鄰層平行布線。最好做到垂直布線，使串?dāng)_最小化。

盡量要滿足傳輸鏈路的阻抗匹配。

在空間足夠大的情況下，可以考慮給高速信號(hào)線加屏蔽地，屏蔽地上要有適當(dāng)?shù)牡乜住?/p>

高速傳輸線盡量不要布到PCB板的邊緣，最好保證達(dá)到信號(hào)到參考層的距離的20H以上。

總結(jié)

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